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本次设计主要以基于模型预测控制的三相逆变器控制系统设计应用作为研究背景,运用MATLAB仿真工具搭建相应的仿真模型。该模型利用MATLAB软件中的模块库,建立了基于模型预测控制的三相逆变器在电力系统应用中的系统仿真模型,通过 Matlab仿真软件搭建仿真模型,运行仿真,并对基于模型预测控制的三相逆变器的仿真结果进行了分析。本次设计采用的模型预测控制为PID模型预测控制算法,经过对控制系统进行仿真,可以明显的看出,基于模型预测控制的三相逆变器控制系统响应快,没有超调量,运行稳定,抑制震荡和发散的性能较好等特点。
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摘 要
基于模型预测控制的三相逆变器应用广泛,比如电子设备、电力系统、工
业等行业,都会运用到基于模型预测控制的三相逆变器系统或工具。更高效率
和更高精度的基于模型预测控制的三相逆变器一直是研究的热点。在我们日常
生活中,基于模型预测控制的三相逆变器随处可见,因为其相比其他的控制方
式而言,运行稳定且控 制精度较高等优势,最重要的是基于模型预测控制的三
相逆变器在并网控制等方面具有很好的优势。随着自动控制技术和微电子技术
的不断革新,目前的技术水平为实现基于模型预测控制的三相逆变器调节控制
打下坚实的基础,提供扎实的理论依据。
本次设计主要以基于模型预测控制的三相逆变器控制系统设计应用作为研
究背景,运用 MATLAB 仿真工具搭建相应的仿真模型。该模型利用 MATLAB 软件
中的模块库,建立了基于模型预测控制的三相逆变器在电力系统应用中的系统
仿真模型,通过 Matlab 仿真软件搭建仿真模型,运行仿真,并对基于模型预测
控制的三相逆变器的仿真结果进行了分析。本次设计采用的模型预测控制为
PID 模型预测控制算法,经过对控制系统进行仿真,可以明显的看出,基于模
型预测控制的三相逆变器控制系统响应快,没有超调量,运行稳定,抑制震荡
和发散的性能较好等特点。
关键词:三相逆变器,模型预测控制,建模与仿真 ,MATLAB
Abstract
Three-phase inverter based on model predictive control is widely used, such as
electronic equipment, power system, industrial and other industries, will be used in
the three-phase inverter system or tools based on model predictive control. Higher
efficiency and higher accuracy of three-phase inverter based on model predictive
control is always a research hotspot. In our daily life, three-phase inverter based on
model predictive control can be seen everywhere, because compared with other
control methods, it has the advantages of stable operation and higher control accuracy.
The most important is three-phase inverter based on model predictive control has
good advantages in grid-connected control and other aspects. With the continuous
innovation of automatic control technology and microelectronics technology, the
current technical level for the realization of model predictive control based on three-
phase inverter regulation control to lay a solid foundation, provide a solid theoretical
basis.
This design mainly based on model predictive control three-phase inverter
control system design and application as the research background, using MATLAB
simulation tools to build the corresponding simulation model. The model uses the
module library of MATLAB software to establish the system simulation model of
three-phase inverter based on model predictive control in power system application.
The simulation model is built by MATLAB simulation software, and the simulation
results of three-phase inverter based on model predictive control are analyzed. The
predictive control adopted in this design is PID predictive control algorithm. After the
simulation of the control system, it can be obviously seen that the three-phase inverter
control system based on model predictive control has the characteristics of fast
response, no overshoot, stable operation, and good performance in suppressing shock
and divergence.
Key words: Three phase inverter, Model predictive control, Modeling and
simulation, MATLAB
目录
摘 要.........................................................................................................................1
第一章 绪论 ............................................................................................................6
1.1 概述................................................................................................................6
1.2 课题研究的现状.........................................................................................7
1.3 课题研究的意义.........................................................................................8
1.4 仿真工具 MATLAB/Simulink 简介 ......................................................8
1.5 课题的研究内容及章节安排................................................................10
第二章 基于模型预测控制的三相逆变器 ...................................................12
2.1 模型预测控制的原则 .............................................................................12
2.2 模型预测控制系统的结构 ....................................................................13
2.3 三相逆变器的预测模型设计................................................................15
第三章 非线性系统的无模型控制器设计 ...................................................16
3.1 三相逆变器的动态线性化 ....................................................................16
3.2 无模型控制器设计..................................................................................17
3.3 无模型控制器的收敛性分析................................................................17
第四章 三相逆变器的无模型预测控制系统建模仿真 ............................20
4.1 基于模型预测控制的三相逆变器系统建模 ..................................20
4.2 仿真输出波形及分析 ..............................................................................21
4.3 本章小结 .....................................................................................................22
第五章 结束语 ....................................................................................................23
参考文献................................................................................................................24
致 谢 ....................................................................................................................27
第一章 绪论
1.1 概述
随着 计算机 微控 制器 的快速 发展 ,模 型 预测 控制 (Model predictive
control,MPC)本是计算机中新型控制方法,近年来引起众多学者的关注,尝试
着把它运用到并网逆变器的控制领域中去,也因此取得了一定的效果。模型预
测控制是一种新型的控制方法,主要是三个步骤,模型预测、滚动优化、反馈
矫正。首先建立系统的动态模型,测量当前的状态量,然后来预测将来的状态
量,为了对将来的行为进行一个选择,必须要构造一个价值函数,在价值函数
最小时,选择最优的状态,而与此相对应的开关状态被选择作用于开关管,以
实现对系统的控制。MP 通常含有有限个开关状态,所有的状态都可以实现在线
计算,通过程序实现,具有良好的自适应性和稳定性,而且不需要像传统的基
于 PI 控制那样调节参数和 PWM 调制模块,这种方法控制简单,实现容易。MPC
使得并网逆变器有着更好的控制性能,因此并网逆变器采用模型预测控制的研
究有着重要的意义。
三相逆变器在我们当今的生产和生活中随处可见,如果对三相逆变器不加
以控制,非线性系统会出现严重的不稳定性、控制精度丢失、以及震荡和发散
的情况,从而导致控制系统失稳,造成最终的结果与期望结果的不一致,甚至
严重偏差。因此,对于我们而言,研究三相逆变器的无模型预测控制是至关重
要的,对整个行业的生产制造、精准控制、准确预测起到了关键作用。
随着电力电子器件的开发和控制技术的不断发展,基于模型预测控制的三
相逆变器的面貌也日新月异,各行各业都有基于模型预测控制的三相逆变器相
关的设备,成为当今时代特别的景观。然而,随着市场对基于模型预测控制的
三相逆变器的需求急剧增加,基于模型预测控制的三相逆变器系统越来越受人
们的关注。作为二十一世纪的我们,对基于模型预测控制的三相逆变器控制行
业有自己独特的见解和好奇心,更希望能够探索智能控制行业,为其尽一份自
己的绵薄之力。
基于模型预测控制的三相逆变器控制技术是一种快捷技术,目前主要在模
型预测控制和抑制超调和时延上使用,例如电子设备、电力设备以及人工智能
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电气_空空
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