顯式模型預測控制及其在電力電子及電力系統(tǒng)中的應用.pdf

1、對于包含狀態(tài)和輸入約束的動態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化控制問題的研究,無論在控制理論還是控制工程方面都具有很大的意義。模型預測控制(MPC)能夠很好地處理這類問題,并已經(jīng)得到了廣泛的應用。但是,基于反復在線優(yōu)化計算的MPC會產生相當大的在線計算量,因而對于某些問題規(guī)模比較大,采樣速率較高或者動態(tài)變化較快的場合(如電力電子和機電系統(tǒng)),在線的反復計算會使得控制的實時性大大降低,系統(tǒng)響應時間增加,這使得MPC只能在相對緩慢的或小規(guī)模的問題中應用。
　　

2、 將多參數(shù)規(guī)劃理論引入到約束優(yōu)化控制問題的求解中建立顯式模型預測控制方法。顯式模型預測控制方法對系統(tǒng)的狀態(tài)區(qū)域進行凸劃分,離線計算得到對應的每個狀態(tài)變量分區(qū)上的狀態(tài)反饋最優(yōu)顯式控制律,這樣在線計算簡化為一個查表過程,避免了反復的在線優(yōu)化計算,提高了在線計算速度,使得顯式模型預測控制方法能夠在快速采樣的控制系統(tǒng)中應用,并有望在片上系統(tǒng)實現(xiàn)。
　　 本文的主要工作包括以下幾部分:
　　 1.基于大量文獻,總結了保證MPC全

3、局穩(wěn)定和滿足約束的一般性方法,并介紹了如何構造Lyapunov函數(shù),能夠保證自治分段仿射(PWA)系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性。
　　 2.對線性時不變(LTI)系統(tǒng),研究了有限時間最優(yōu)控制問題解和無限時間最優(yōu)控制問題解的等價性問題,并總結一種低復雜度顯式模型預測控制器的計算方法,并基于該算法,對直線一級和二級倒立擺系統(tǒng)進行了仿真研究。仿真結果表明,顯式模型預測控制能夠保證倒立擺系統(tǒng)全局穩(wěn)定并滿足約束,而且有良好的動態(tài)性能。
　　

4、3.對PWA系統(tǒng),本文研究了構造穩(wěn)定化控制器的可能性。并且基于動態(tài)規(guī)劃,研究了魯棒低復雜度顯式模型預測控制的計算方法。
　　 4.本文以降壓型開關模式DC—DC變換器為例,研究了DC-DC變換器的顯式模型預測控制。研究了一種稱為v分解建模的方法,建立了離散時間混雜模型,并將其轉換為PWA形式。DC-DC變換器的顯式模型預測控制得到的仿真結果表明,所研究的控制方法是可行的,系統(tǒng)能夠全局滿足約束,并有良好的動忿性能。