本技術(shù)涉及本公開涉及電力電子控制，尤其涉及一種感應(yīng)加熱設(shè)備的諧振逆變器的功率預(yù)測模型構(gòu)建方法。

背景技術(shù)：

1、感應(yīng)加熱技術(shù)作為一種非接觸式加熱手段，因其快速加熱和低表面氧化等優(yōu)勢，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。但隨著中國重工業(yè)步入去產(chǎn)能階段，市場需求的不斷演變對感應(yīng)加熱設(shè)備的靈活性提出了更高要求。

2、感應(yīng)加熱設(shè)備中，諧振逆變器的控制大多采用調(diào)頻控制、pi控制、非對稱電壓消除控制等傳統(tǒng)控制方式。在日益復(fù)雜的實(shí)際工況中，感應(yīng)加熱設(shè)備產(chǎn)生的熱量擾動(dòng)、負(fù)載變化等影響，導(dǎo)致傳統(tǒng)控制存在超調(diào)量大和抗干擾能力差等缺陷，難以滿足感應(yīng)加熱更高的要求。

3、由于金屬加工、能源和電力電子等市場需求，希望感應(yīng)加熱設(shè)備能夠根據(jù)不同的工藝需求，寬范圍地輸出功率，并能夠靈活地加熱不同尺寸和材料的目標(biāo)負(fù)載。這些需求對感應(yīng)加熱設(shè)備的魯棒性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力和控制靈活性設(shè)立了更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。

4、此外，感應(yīng)加熱設(shè)備無法準(zhǔn)確判斷目標(biāo)負(fù)載加熱情況，當(dāng)目標(biāo)負(fù)載中的焊材與母材之間熔點(diǎn)相近的工況時(shí)，若無法及時(shí)觀測目標(biāo)負(fù)載變化則會(huì)導(dǎo)致母材損毀。諧振逆變器具有強(qiáng)非線性的特性，限制了模型預(yù)測控制(mpc)在高頻諧振逆變器的應(yīng)用。

5、鑒于此，亟需一種能夠改善諧振逆變器的超調(diào)量大、抗干擾能力差、魯棒性差、動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力差和控制靈活性差等缺陷的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供一種感應(yīng)加熱設(shè)備的諧振逆變器的功率預(yù)測模型構(gòu)建方法、感應(yīng)加熱設(shè)備的諧振逆變器控制方法以及相關(guān)設(shè)備，以改善諧振逆變器的超調(diào)量大、提高抗干擾能力、提高魯棒性、提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力和提高控制靈活性差。

2、本技術(shù)第一方面提供一種感應(yīng)加熱設(shè)備的諧振逆變器的功率預(yù)測模型構(gòu)建方法，諧振逆變器包括原邊電路，原邊電路用于為副邊工件提供熱量，方法包括：?根據(jù)原邊電路與副邊工件的互感原理，將副邊工件的電阻等效至原邊電路，得到原邊電路的諧振負(fù)載電路；構(gòu)建諧振負(fù)載電路的dq軸等效電路模型，dq軸等效電路模型包括d軸等效電路模型和q軸等效電路模型，其中，d軸等效電路模型為諧振負(fù)載電路的原始電路模型，q軸等效電路模型比原始電路模型的相位角延遲九十度；基于dq軸等效電路模型和三相控制算法，構(gòu)建諧振逆變器的功率預(yù)測模型，功率預(yù)測模型用于基于諧振負(fù)載電路的第k個(gè)時(shí)刻的補(bǔ)償電感電流和輸入電壓，預(yù)測第k+1個(gè)時(shí)刻的輸出功率和集總擾動(dòng)，以及第k+2個(gè)時(shí)刻的輸出功率。

3、第一方面的一些實(shí)施例中，構(gòu)建諧振負(fù)載電路的dq軸等效電路模型，包括：構(gòu)建諧振負(fù)載電路的初始d軸等效電路模型和初始q軸等效電路模型，?將初始d軸等效電路模型和初始q軸等效電路模型復(fù)合成矩形形式的等效電路模型；將矩形形式的等效電路模型轉(zhuǎn)換成同步坐標(biāo)系下的矩形形式的等效電路模型，得到dq軸等效電路模型。

4、第一方面的一些實(shí)施例中，基于dq軸等效電路模型和三相控制算法，構(gòu)建諧振逆變器的功率預(yù)測模型，包括：基于dq軸等效電路模型，構(gòu)建得到諧振負(fù)載電路的輸出功率模型；根據(jù)前向歐拉離散法和輸出功率模型，構(gòu)建得到諧振負(fù)載電路的初始功率預(yù)測模型；根據(jù)三相控制算法和初始功率預(yù)測模型，得到諧振逆變器的功率預(yù)測模型。

5、第一方面的一些實(shí)施例中，根據(jù)三相控制算法和初始功率預(yù)測模型，得到諧振逆變器的功率預(yù)測模型，包括：基于初始功率預(yù)測模型，構(gòu)建諧振負(fù)載電路的一階超局部模型；根據(jù)預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔，將輸出功率模型變換為功率差分模型；根據(jù)控制周期內(nèi)不同時(shí)刻的集總擾動(dòng)相等條件，以及功率差分模型和一階超局部模型得到諧振逆變器的功率預(yù)測模型。

6、第一方面的一些實(shí)施例中，根據(jù)三相控制算法和初始功率預(yù)測模型，得到諧振逆變器的功率預(yù)測模型，包括：引入線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測器至初始功率預(yù)測模型，構(gòu)建得到諧振逆變器的功率預(yù)測模型。

7、本技術(shù)第二方面提供一種感應(yīng)加熱設(shè)備的諧振逆變器控制方法，方法包括：獲取諧振逆變器的原邊電路的諧振負(fù)載電路中，第k個(gè)時(shí)刻的補(bǔ)償電感電流和輸入電壓，將獲取的補(bǔ)償電感電流和輸入電壓作為第k時(shí)刻的補(bǔ)償電感電流和輸入電壓；將第k時(shí)刻的補(bǔ)償電感電流和輸入電壓轉(zhuǎn)換為d軸和q軸的補(bǔ)償電感電流非旋轉(zhuǎn)矢量和輸入電壓非旋轉(zhuǎn)矢量；將d軸和q軸的補(bǔ)償電感電流非旋轉(zhuǎn)矢量和輸入電壓非旋轉(zhuǎn)矢量輸入諧振逆變器的功率預(yù)測模型，輸出第k+1個(gè)時(shí)刻的輸出功率和集總擾動(dòng)，以及第k+2個(gè)時(shí)刻的輸出功率；基于第k+1個(gè)時(shí)刻的輸出功率和集總擾動(dòng)以及第k+2個(gè)時(shí)刻的輸出功率，控制原邊電路的開關(guān)管的導(dǎo)通。

8、本技術(shù)第二方面的一些實(shí)施例中，基于第k+1個(gè)時(shí)刻的輸出功率和集總擾動(dòng)以及第k+2個(gè)時(shí)刻的輸出功率，控制原邊電路的開關(guān)管的導(dǎo)通，包括：確定第k+2個(gè)時(shí)刻的輸出功率與參考輸出功率的差值的平方，是否小于預(yù)設(shè)閾值；若大于或等于預(yù)設(shè)閾值，重新獲取諧振負(fù)載電路的補(bǔ)償電感電流和輸入電壓作為第k時(shí)刻的補(bǔ)償電感電流和輸入電壓，直至平方小于預(yù)設(shè)閾值；若小于預(yù)設(shè)閾值，將第k+1個(gè)時(shí)刻的輸出功率和集總擾動(dòng)，輸入功率與相位角的轉(zhuǎn)換模型，輸出第k+1個(gè)時(shí)刻的相位角；根據(jù)第k+1個(gè)時(shí)刻的相位角控制原邊電路的開關(guān)管的導(dǎo)通。

9、本技術(shù)第二方面的一些實(shí)施例中，將第k時(shí)刻的補(bǔ)償電感電流和輸入電壓轉(zhuǎn)換為d軸和q軸的補(bǔ)償電感電流非旋轉(zhuǎn)矢量和輸入電壓非旋轉(zhuǎn)矢量，包括：將第k時(shí)刻的補(bǔ)償電感電流和輸入電壓根據(jù)確定為d軸電感電流旋轉(zhuǎn)矢量和輸入電壓旋轉(zhuǎn)矢量；將第k時(shí)刻的所補(bǔ)償電感電流和輸入電壓延遲九十度相位角，得到q軸電感電流旋轉(zhuǎn)矢量和輸入電壓旋轉(zhuǎn)矢量；經(jīng)park算法，將d軸和q軸的補(bǔ)償電感電流旋轉(zhuǎn)矢量和輸入電壓旋轉(zhuǎn)矢量,?轉(zhuǎn)換為d軸和q軸的補(bǔ)償電感電流非旋轉(zhuǎn)矢量和輸入電壓非旋轉(zhuǎn)矢量。

10、本技術(shù)第三方面提供一種感應(yīng)加熱設(shè)備，感應(yīng)加熱設(shè)備包括諧振逆變器和控制單元，諧振逆變器包括原邊電路，原邊電路用于為副邊工件提供熱量，控制單元用于,根據(jù)原邊電路與副邊工件的互感原理，將副邊工件的電阻等效至原邊電路，得到原邊電路的諧振負(fù)載電路；構(gòu)建諧振負(fù)載電路的dq軸等效電路模型，dq軸等效電路模型包括d軸等效電路模型和q軸等效電路模型，其中，d軸等效電路模型為諧振負(fù)載電路的原始電路模型，q軸等效電路模型比原始電路模型的相位角延遲九十度；基于dq軸等效電路模型和三相控制算法，構(gòu)建諧振逆變器的功率預(yù)測模型，功率預(yù)測模型用于基于諧振負(fù)載電路的第k個(gè)時(shí)刻的補(bǔ)償電感電流和輸入電壓，預(yù)測第k+1個(gè)時(shí)刻的輸出功率和集總擾動(dòng)，以及第k+2個(gè)時(shí)刻的輸出功率；

11、控制單元還用于，獲取諧振負(fù)載電路的補(bǔ)償電感電流和輸入電壓，將獲取的補(bǔ)償電感電流和輸入電壓作為第k時(shí)刻的補(bǔ)償電感電流和輸入電壓；將第k時(shí)刻的補(bǔ)償電感電流和輸入電壓轉(zhuǎn)換為d軸和q軸的補(bǔ)償電感電流非旋轉(zhuǎn)矢量和輸入電壓非旋轉(zhuǎn)矢量；將d軸和q軸的補(bǔ)償電感電流非旋轉(zhuǎn)矢量和輸入電壓非旋轉(zhuǎn)矢量輸入諧振逆變器的功率預(yù)測模型，輸出第k+1個(gè)時(shí)刻的輸出功率和集總擾動(dòng)，以及第k+2個(gè)時(shí)刻的輸出功率；?基于第k+1個(gè)時(shí)刻的輸出功率和集總擾動(dòng)以及第k+2個(gè)時(shí)刻的輸出功率，控制原邊電路的開關(guān)管的導(dǎo)通。

12、本技術(shù)第四方面提供一種感應(yīng)加熱設(shè)備的控制單元，包括：處理器以及存儲(chǔ)器；存儲(chǔ)器與處理器耦合，存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序代碼，處理器調(diào)用計(jì)算機(jī)程序代碼以使得控制單元執(zhí)行如第一方面或第二方面中任一項(xiàng)的方法。

13、本技術(shù)的感應(yīng)加熱設(shè)備的諧振逆變器的功率預(yù)測模型構(gòu)建方法、感應(yīng)加熱設(shè)備的諧振逆變器控制方法以及相關(guān)設(shè)備，通過構(gòu)建諧振負(fù)載電路的d軸等效電路模型和q軸等效電路模型后，得到類似三相電力電子變換器的控制系統(tǒng)（后續(xù)簡稱為三相控制系統(tǒng)）的電路的dq軸等效電路模型，以便于引入三相控制系統(tǒng)的三相控制算法。三相控制算法相比單相控制算法，在相同輸出功率下，使諧振逆變器的體積更小的同時(shí)，效率更高。同時(shí)，三相控制算法相比傳統(tǒng)控制算法，能夠提高諧振逆變器的功率動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力、魯棒性、系統(tǒng)抗干擾性以及諧振逆變器轉(zhuǎn)換效率。

14、接著，基于dq軸等效電路模型和三相控制算法，構(gòu)建諧振逆變器的功率預(yù)測模型，功率預(yù)測模型預(yù)測諧振負(fù)載電路的第k+1個(gè)時(shí)刻的輸出功率和集總擾動(dòng)，以及第k+2個(gè)時(shí)刻的輸出功率，以控制原邊電路的開關(guān)管的導(dǎo)通，從而提高感應(yīng)加熱設(shè)備的加熱效率。