【Simulink】基于FCS-MPC的单相并网逆变器电流控制（Matlab Function）

之前写过【Simulink】基于FCS-MPC的三相并网逆变器电流控制（Matlab Function）以及【Simulink】基于FCS-MPC的三相并网逆变器电流控制（Stateflow），控制对象都是三相逆变器，本篇博客将研究单相逆变器。

1. 单相并网逆变器拓扑

在单相逆变器中，当开关管S1和S4导通、S2和S3关断，u a b = U d c u_{ab}=U_{dc}uab=Udc；

当开关管S2和S3导通、S1和S4关断，u a b = − U d c u_{ab}=-U_{dc}uab=−Udc；

当开关管S1和S2导通、S3和S4关断，或者S1和S2关断、S3和S4导通，u a b = 0 u_{ab}=0uab=0；

一般情况下不会出现S1和S3同时导通，或者S2和S4同时导通的情况。

根据基尔霍夫定律，可得：

L d i / d t + R i = u a b − e L di/dt+Ri=u_{ab}-eLdi/dt+Ri=uab−e

以T为采样周期，前向差分离散化，可得：

u a b ( k ) = ( i r e f ( k + 1 ) − i ( k ) ) ∗ L / T + R i ( k ) + e ( k ) u_{ab}(k)=(i_{ref}(k+1)-i(k))*L/T+Ri(k)+e(k)uab(k)=(iref(k+1)−i(k))∗L/T+Ri(k)+e(k)

2. FCS-MPC原理

FCS-MPC控制原理可参见我之前的博客，控制流程基本类似。

1. 测量 i(k) 和 e(k)；
2. 计算4种开关状态对应的电流预测值；
3. 把电流预测值代入代价函数；
4. 取使代价函数最小的开关状态，作用于下一控制周期。

预测电流公式：

i ( k + 1 ) = ( 1 − T s ∗ R / L ) ∗ i ( k ) + ( u ( k ) − e ( k ) ) ∗ T s / L i(k+1)=(1-Ts*R/L)*i(k)+(u(k)-e(k))*Ts/Li(k+1)=(1−Ts∗R/L)∗i(k)+(u(k)−e(k))∗Ts/L

3. Simulink仿真原理图

单相桥式逆变器包含4个IGBT，总共有 4 种状态，其中有两个状态计算得到的电流预测值相同，即代价函数相同。

4. Matlab Function代码

function [S1, S2, S3, S4] = fcn(R, L, Ts, i, Udc, Ug, ir)
g = zeros(1,4);
v0 = Udc; 
v1 = 0; 
v2 = -Udc; 
v3 = 0; 
v = [v0 v1 v2 v3]; 
states = [1 0 0 1; 1 1 0 0; 0 1 1 0; 0 0 1 1]; 
% 这里可以省去v3，因为v1=v3
for j = 1: 4
    i1 = (1-Ts*R/L)*i+(v(j)-Ug)*Ts/L;
    g(j) = abs(ir - i1);
end   
[~,x_opt] = min(g); 
S1 = states(x_opt,1); 
S2 = states(x_opt,2); 
S3 = states(x_opt,3); 
S4 = states(x_opt,4);

5. 仿真结果

负载参考电流幅值为5A时，负载电流波形：

从上图可见，预测值基本能跟踪参考值。

资源下载：

单相逆变FCS-MPC