مفاهیم کنترل پیش بین در الکترونیک قدرت- بخش دوم

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، برای مطالعه بخش اول به مقاله مفاهیم کنترل پیش بین در الکترونیک قدرت- بخش اول مراجعه نمایید.

 

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

از مزیت‌های بسیار مهم FCS-MPC سادگی مفهوم آن است. نحوه عملکرد این کنترل‌کننده بدین صورت است که در ابتدا، متغیر‌های سیستم، اندازه‌گیری یا تخمین زده می‌شوند، سپس مدل سیستم با توجه به متغیرِ کنترل شده که می‌تواند جریان، ولتاژ، توان و… باشد، استخراج شده و گسسته‌سازی می‌شود. با گسسته‌سازی مدل سیستم و دانستن مقدار متغیر‌های فعلی می‌توان متغیر‌های کنترل شده را در زمان‌های آینده پیش‌بینی کرد.

در گام بعدی متغیر‌های پیش‌بینی شده در یک تابع هزینه که با توجه به رفتار مطلوب مورد نظر تعریف شده، با مقادیر مرجع آن و برای تمام وضعیت‌های ممکن مقایسه می‌شود. همان‌گونه که می‌دانیم، در مبدل‌های قدرت، تعداد وضعیت‌های کلیدزنی محدود به دو وضعیت به طور کامل روشن یا به طور کامل خاموش است (البته در اینجا زمان گذرای کوتاه کلیدزنی نادیده گرفته می‌شود). در نهایت، آن وضعیت کلیدزنی که تابع هزینه را به حداقل می‌رساند از بین وضعیت‌های ممکن انتخاب می‌شود و به مبدل اعمال خواهد شد. این فرایند در گام‌های نمونه‌برداری بعدی تکرار می‌شود. شکل ۳ به طور واضح، الگوریتم کنترل پیش‌بین مدل با مجموعه ورودی متناهی را نشان می‌دهد.

شکل ‏۳: الگوریتم FCS-MPC

شکل ۴ نیز نحوه کلیدزنی را نمایش می‌دهد. در این شکل، x (k)متغیر کنترل شده در زمان فعلی است. همچنین، x (k+۱) مقادیر پیش‌بینی شده بر اساس مدل گسسته سیستم (شامل منبع، مبدل، بار و یا شبکه) برای همه وضعیت‌های کلیدزنی ممکن است. علاوه بر این، xref (k+۱)مرجع ثابت را نشان می‌دهد.

فرض کنید FCS-MPC به مبدلی با سه وضعیت ممکن کلیدزنی S۱، S۲ و S۳ 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 وضعیت‌های کلیدزنی پیش‌بینی می‌شود و با مقدار مرجع مقایسه می‌گردد. در لحظه tk، چون S۳ حداقل فاصله را تا مقدار مرجع فراهم می‌کند انتخاب می‌شود و این وضعیت در زمان tk+۱ به مبدل اعمال خواهد شد. پس از آن، این روند در یک گام جلوتر نیز تکرار می‌شود. با تکرار این رویه در tk+۱، کلید S۲ انتخاب می‌شود و تمام مراحل دوباره تکرار خواهد شد. شایان ذکر است که x (k) را می‌توان به طور مستقیم اندازه‌گیری کرد یا با استفاده از روش‌های مختلف تخمین زد. همچنین زمان نمونه برداری، Tsاست.

شکل ‏۴: نحوه کلیدزنی در FCS-MPC

به طور خلاصه می‌توان گفت که طراحی FCS-MPC سه مرحله اصلی دارد:

به دست آوردن مدل سیستم و گسسته‌سازی آن برای پیش‌بینی متغیر‌ها در آینده
شناسایی تمام وضعیت‌های کلیدزنی ممکن برای مبدل
تعریف یک تابع هزینه که تضمین کننده رفتار مطلوب سیستم است.

درمقاله بعد  نکاتی مربوط به مراحل اصلی طراحی FCS-MPC بیان خواهد شد.