کنترل پیش بین مدل با مجموعه ورودی متناهی (FCS-MPC) در الکترونیک قدرت

کنترل پیش بین مدل با مجموعه ورودی متناهی (FCS-MPC) در الکترونیک قدرت:
از مزیت های بسیار مهم FCS-MPC سادگی مفهوم آن است. نحوه عملکرد این کنترل کننده بدین صورت است که در ابتدا، متغیرهای سیستم، اندازه گیری یا تخمین زده می شوند، سپس مدل سیستم با توجه به متغیرِ کنترل شده که می تواند جریان، ولتاژ، توان و… باشد، استخراج شده و گسسته سازی می شود.

الکترونیک_قدرت2

با گسسته سازی مدل سیستم و دانستن مقدار متغیرهای فعلی می توان متغیرهای کنترل شده را در زمان های آینده پیش بینی کرد.

در گام بعدی متغیرهای پیش بینی شده در یک تابع هزینه که با توجه به رفتار مطلوب مورد نظر تعریف شده، با مقادیر مرجع آن و برای تمام وضعیت های ممکن مقایسه می شود.

همان گونه که می دانیم، در مبدل های قدرت، تعداد وضعیت های کلیدزنی محدود به دو وضعیت به طور کامل روشن یا به طور کامل خاموش است (البته در اینجا زمان گذرای کوتاه کلیدزنی نادیده گرفته می شود).

در نهایت، آن وضعیت کلیدزنی که تابع هزینه را به حداقل می رساند از بین وضعیت های ممکن انتخاب می شود و به مبدل اعمال خواهد شد.

این فرایند در گام های نمونه برداری بعدی تکرار می شود. شکل 3 به طور واضح، الگوریتم کنترل پیش بین مدل با مجموعه ورودی متناهی را نشان می دهد.

شکل ‏3: الگوریتم FCS-MPC

شکل 4 نیز نحوه کلیدزنی را نمایش می دهد. در این شکل، x(k)متغیر کنترل شده در زمان فعلی است. همچنین، x(k+1) مقادیر پیش بینی شده بر اساس مدل گسسته سیستم (شامل منبع، مبدل، بار و یا شبکه) برای همه وضعیت های کلیدزنی ممکن است.

علاوه بر این، xref(k+1) مرجع ثابت را نشان می دهد.

فرض کنید FCS-MPC به مبدلی با سه وضعیت ممکن کلیدزنی S1، S2 و S3 در یک دوره کوتاه از زمان اعمال شود.

تابع هزینه به عنوان اختلاف بین متغیر کنترل شده و مقدار مرجع آن تعریف شده که باید به منظور ردیابی مرجع به حداقل برسد. متغیر کنترل شده در گام زمانی بعدی برای تمام وضعیت های کلیدزنی پیش بینی می شود و با مقدار مرجع مقایسه می گردد.

در لحظهtk، چون S3 حداقل فاصله را تا مقدار مرجع فراهم می کند انتخاب می شود و این وضعیت در زمانtk+1 به مبدل اعمال خواهد شد.

پس از آن، این روند در یک گام جلوتر نیز تکرار می شود. با تکرار این رویه درtk+1، کلیدS2 انتخاب می شود و تمام مراحل دوباره تکرار خواهد شد.

شایان ذکر است که x(k) را می توان به طور مستقیم اندازه گیری کرد یا با استفاده از روش های مختلف تخمین زد. همچنین زمان نمونه برداری، Tsاست.

شکل ‏4: نحوه کلیدزنی در FCS-MPC