Boost三电平变换器的连续控制集MPC：固定开关频率与多目标控制

本文主要探讨了在Boost三电平变换器的控制策略中，如何利用模型预测控制（MPC）技术来提升系统的性能。相较于传统的双闭环控制，MPC以其快速动态响应、无需手动调整PID参数以及能够添加系统状态约束等优势，在直流-直流(DC-DC)变换器的控制中占据重要地位。然而，通常采用的有限控制集模型预测控制(Finite Control Set MPC, FCS-MPC)在保持固定开关频率方面存在局限性。 针对这一问题，研究者提出了基于连续控制集模型预测控制(Continuous Control Set MPC, CCS-MPC)的控制方法。这种方法特别适用于Boost三电平变换器，因为它能够同时实现输出电压的精确控制和输出侧中点电位的平衡，这两个目标在传统控制策略中可能需要独立设置权重系数，从而增加了控制器参数设计的复杂性。CCS-MPC的优点在于它简化了权重设定，使得控制器的设计更加直观和高效。 文章使用MATLAB/Simulink软件和dSPACE实时仿真系统进行深入的理论分析和实验验证。通过这些工具，作者证实了新提出的控制策略的有效性和理论分析的准确性。实验结果显示，采用CCS-MPC的Boost三电平变换器在保持稳定输出电压的同时，还能够保证输出侧电位的均衡，且具有固定的开关频率，这在实际应用中对于降低电路损耗和提高效率具有重要意义。 此外，研究背景提到，Boost变换器因其结构简单、易于控制，在光伏系统、储能系统和电动汽车等领域有着广泛应用。随着技术的发展，对Boost变换器的优化控制方法如MPC的研究变得尤为重要，尤其是在追求更高效率和更精确控制性能的现代电子设备中。 本文提供了一种创新的控制策略，不仅提升了Boost三电平变换器的性能，还简化了控制器设计过程，为该领域的工程师们提供了实用的解决方案，推动了直流-直流变换器控制技术的进步。