基于改进无源-滑模的MMC抗扰动控制策略研究

传统的PI控制、无源控制因其内部控制结构参数固定,在系统遇到扰动时,同一组参数无法同时保证系统在多种扰动下的响应速度及控制效果。在模块化多电平换流器(MMC)欧拉-拉格朗日模型的基础上引入滑模控制,解决无源控制内部参数固定的问题,提升系统的抗扰动运行能力,并在原有的趋近律上进行优化,降低滑模控制自身存在的抖振,使系统有更好的动态特性。在MATLAB/Simulink平台中搭建MMC仿真模型进行仿真,分别对应用PI控制、无源-滑模控制、改进无源-滑模控制的电流内环进行对比分析,验证了改进无源-滑模控制在相同的仿真条件下具有更强的抗扰动性,响应速度更快,并且在滑模控制的基础上改进趋近律后,有效降低了滑模控制自身存在的抖振问题。     

感应电动机双闭环无源性跟踪控制

针对感应电动机存在参数时变性、非线性耦合变量和转子电流不易测量等问题,从能量角度分析了感应电动机定子电流-转子磁链动态方程,建立感应电动机的Euler-Lagrange(EL)模型.基于无源性控制方法,以定子电流为状态变量,提出不需要转子电流观测器的改进控制算法,以转矩内环和转速外环,设计了感应电动机的双闭环无源性控制器;以控制期望值注入感应电动机EL模型,反推模型得到系统的控制量.通过与直接转矩控制方法的仿真结果比较,无源性控制器可使感应电动机转子磁链、转矩和转速快速跟踪给定值,鲁棒性好,系统易于实现,而且无源性控制律是全局稳定的控制算法,从而验证了无源性控制策略可行性和有效性.     

重复控制补偿的有源电力滤波器无源控制

针对基于欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange,EL)模型的有源电力滤波器(active power fil-ter,APF)无源控制方法在受到数学模型不精确、系统参数摄动等干扰情况下稳态跟踪精度欠佳的问题,根据APF的基本原理,对基于EL模型的APF无源性控制规律进行数学推导表明:依靠系统自然阻尼收敛的APF无源性控制律相当于引入前馈和解耦的开环控制方法;向系统注入阻尼的APF无源控制规律相当于在引入前馈和解耦的开环控制基础上加入了比例反馈控制,因此无法实现对期望平衡点的无静差跟踪和系统中"死区效应"等周期性干扰的抑制。为了提高APF无源控制的稳态跟踪精度,提出利用重复控制补偿的APF无源性控制方案。仿真和实验表明所提方法保留了原方法动态响应速度快等优点的同时提高了系统的稳态跟踪精度和干扰情况下的鲁棒性。     

基于模型的Buck-Boost变换器协同无源控制

为了改善Buck-Boost变换器的动态性能和静态性能,基于无源控制实现变换器电感电流期望值的实时观测,再与协同控制相结合得出控制律,提出了协同无源控制的Buck-Boost变换器实现其高性能控制并使之兼具强鲁棒性。为了简化控制器结构,选取协同控制宏变量时未引入积分环节,易于实时实现。最后,采用基于模型设计的开发流程和自动代码生成技术,开发协同无源控制的Buck-Boost变换器样机,通过系统的仿真研究和样机的实验测试,验证该变换器的动态和静态控制性能。     

哈密尔顿系统的无源性控制设计

无源性控制(PBC)是非线性控制的一个新的方向.不过对无源性控制一般都是定性的讨论.本文给出了一种与无源性控制结合的定量化方法.为求解无源性控制中的偏微分方程,需要先将非线性系统的数学模型转化成Hamilton模型.文中以一个磁悬浮系统的无源性控制为例,说明了这个Hamilton系统偏微分方程的求解方法,并给出了无源性控制律.本文的方法为非线性控制提供了一个实用的设计工具.     

无变压器并联混合型有源电力滤波器的无源性控制

无变压器并联混合型有源电力滤波器(TLS-HAPF)是一种新颖的具有较强实用性的拓扑,特别适用于高压大功率系统。文中在分析该拓扑结构主电路构成和工作原理的基础上,提出将无源性理论应用到该拓扑的控制中以获取更好的静态和动态性能。首先在固定abc坐标系下建立了TLS-HAPF模型,为简化模型将其变换到同步旋转dq坐标系下;继而通过注入阻尼获得原系统的伴随系统及跟踪偏差的动态方程;然后通过选取存储函数并对其求导证明系统的严格无源性;最后通过伴随系统得到系统的无源控制器,给出了控制框图并将其应用到系统控制中。仿真和实验结果验证了所提出的无源性控制的正确性。     

无变压器并联混合型有源电力滤波器的无源性控制

无变压器并联混合型有源电力滤波器(TLS-HAPF)是一种新颖的具有较强实用性的拓扑,特别适用于高压大功率系统.文中在分析该拓扑结构主电路构成和工作原理的基础上,提出将无源性理论应用到该拓扑的控制中以获取更好的静态和动态性能.首先在固定abc坐标系下建立了TLS-HAPF模型,为简化模型将其变换到同步旋转dq坐标系下;继而通过注入阻尼获得原系统的伴随系统及跟踪偏差的动态方程;然后通过选取存储函数并对其求导证明系统的严格无源性;最后通过伴随系统得到系统的无源控制器,给出了控制框图并将其应用到系统控制中.仿真和实验结果验证了所提出的无源性控制的正确性.     

静止同步补偿装置与发电机励磁的无源协调反步控制设计

针对具有静止同步补偿装置(static synchronous compensator,STATCOM)的单机无穷大系统,研究了发电机励磁无源协调控制,采用耗散性和无源性理论的反步设计方法构造了系统的存储函数。根据协调无源性的特点,得到了STATCOM与发电机励磁协调控制器,使得系统在STATCOM和励磁的共同作用下,保持系统功角和电压的稳定。设计过程充分利用了系统的非线性性质,不采用任何线性化的处理,保证了所提出的控制律在非线性系统中的适用性,并有效地提高了电力系统的暂态稳定性能。仿真结果证实了该控制律的有效性和正确性。     

光伏并网级联H桥逆变器的无源控制

光伏并网级联H桥逆变器是典型的多变量、强耦合的非线性系统。针对目前采用线性控制简化或忽略了系统非线性特性这一问题,采用了一种本质上的非线性无源控制方法。首先,建立了逆变单元及并网级联H桥逆变器的数学模型;其次,建立了系统Euler-Lagrange模型,并对其无源性进行了分析;最后,完成了无源控制律的设计与仿真分析,其结果表明该方法在光伏并网级联H桥逆变器中表现出良好的控制效果。     

Buck-Boost变换器的无源滑模控制研究

为解决无源性控制时Buck-Boost变换器电压与电流过冲的问题,在无源性控制的基础上加入滑模控制。通过建立Buck-Boost变换器的欧拉-拉格朗日(E-L)模型,可以得到Buck-Boost变换器的无源性控制规律。在此基础上,结合滑模控制原理,设计Buck-Boost变换器的无源滑模控制器。在Matlab环境下,进行Buck-Boost变换器无源滑模控制的动态仿真。仿真结果表明,Buck-Boost变换器的无源滑模控制对电源扰动、负载扰动具有很强的鲁棒性,且动态响应速度快,能够解决无源性控制电压与电流过冲的问题。     

两相电压调整模块的无源控制

针对多相交错并联型电压调整模块稳态时各相电流纹波大、动态响应难以满足最新VRM标准要求的问题,以两相Buck型VRM为例,依据切换线性系统理论和无源控制,采用了凸组合方法,建立了两相VRM的切换仿射线性系统模型,并推导出其无源控制策略.仿真结果表明,应用无源控制方法的两相VRM的闭环系统,稳态工作点上两相电流保持均流,各相的电流纹波小,保证了系统的大范围稳定,与传统PI控制方法相比能够明显改善负载变化所引起的动态过程,提高了系统的动态品质.     

六相感应电机的无源性控制研究

无源性控制从能量的角度分析电机控制系统,具有形式简单、无奇异点、鲁棒性好等特点。对六相感应电机的无源性控制进行研究,得到六相感应电机的欧拉-拉格朗日(E-L)模型,证明六相感应电机E-L模型的无源性。在此基础上,利用无源性控制原理,设计六相感应电机的转矩控制器和转速控制器。在Sim-ulink环境下,进行六相感应电机无源性控制的动态仿真。仿真结果证明了基于此算法的六相感应电机控制系统能很好地跟踪速度给定,具有较好的动态与静态响应能力。     

同步坐标下无刷双馈电机无源性控制

针对无刷双馈电机非线性PID控制方案中转速和负载转矩动态响应性能差,负载突变时易引起振荡等问题,提出无源性控制策略。根据无刷双馈电机同步速旋转坐标系下的电压、磁链和转矩方程,建立电机的欧拉-拉格朗日模型;从能量角度分析电机电气子系统与机械子系统的无源性,设计电机的转矩控制器和转速控制器。为改善系统动态响应,降低其对参数变化的灵敏度,通过在控制器中加入非线性阻尼,实现系统的快速收敛。基于MATLAB/Simulink环境搭建了无刷双馈电机无源性控制的仿真模型,仿真结果表明,无源性控制策略可快速跟踪给定转速,动态响应性能好,全局稳定、鲁棒性好。     

三相Boost型PWM整流器输出误差无源性控制

提出将无源性控制与频域理论相结合来控制三相Boost型PWM整流器,得到无源性电流控制器、输出误差补偿控制器和闭环系统的频域模型.仿真结果表明,在电路参数变化和负载扰动时,无源性电流控制器和输出误差补偿控制器可以实现输入单位功率因数和输出直流电压恒定,采用频域方法设计参数的输出误差补偿控制器提高了系统的动态性能.     

基于无源性的两相混合式步进电机速度控制

本文将无源性控制应用于两相混合式步进电机的速度控制系统中,在哈密顿模型下建立了基于状态误差模型的无源性速度控制器,针对实际运行时负载扰动未知的问题,设计了负载扰动观测器。仿真和实验结果表明无源性控制对两相混合式步进电机的速度控制具有较好的鲁棒性,良好的动态和稳态性能。     

BUCK-BOOST变换器的无源性电流控制方法

为了简化系统控制结构,提高Buck-Boost变换器的控制性能,本文提出了一种通过直接控制电感电流间接控制输出电压的Buck-Boost变换器无源性电流控制方法。首先根据无源性控制方法建立了系统的欧拉-拉格朗日能量模型,然后基于无源性理论和Layapunov稳定性理论,推导出了系统的无源性控制规律。实验结果表明,系统输出电压稳定,鲁棒性较强,动态响应良好。     

基于无源性理论的异步电机转速控制

为了实现异步电机转速的全局稳定非线性动态控制,应用无源性理论从能量的角度分析异步电机,从中分离出不必抵消的“无功力”,简化了异步电机的控制,并据此导出一个全局稳定的非线性动态输出反馈控制律。该控制律以变结构的方式注入非线性阻尼,以加速系统的收敛,并防止放大电流噪声。该控制律无需对转子电流进行观测,减少了计算量。系统实现时,构造了一个线性滤波器以避免转子角加速度的测量,同时实现了转速的闭环跟踪。仿直结果表明,该控制器具有良好的动态性能和较强的鲁棒性。     

SVC与发电机励磁无源协调Backstepping控制

采用无源协调性的思想方法,对发电机励磁和静止无功补偿器(SVC)同时进行协调控制和调节.利用Backstepping的设计方法得到SVC的控制设计,并根据协调无源性的特点,得到了发电机励磁的控制,使整个系统的功角和电压达到双重稳定的效果.由于整个设计过程没有采用任何线性化的处理,充分利用了系统的非线性,保证了本文所提出的控制律在非线性系统中的适用性.利用单机无穷大系统进行研究,仿真结果证实了本文所提出的控制律的有效性和正确性.     

感应电机全阶状态观测器及其无源性转速控制

为了实现感应电机的高动态调速性能,针对电机的非线性本质,提出了一种基于全阶状态观测器及其转速自适应估算的感应电机无源性转速控制方案。在基于感应电机无源性与稳定性分析的基础上,设计了渐近稳定转矩跟踪无源性控制器。针对无源控制律所需转子电流难以观测的问题,提出了一种旋转坐标系下以转子电流和转子磁链为状态变量的全阶状态观测器,并应用该观测器对转速进行估算,实现了感应电机无速度传感器的无源性转速控制。仿真结果表明该控制方法易于实现,采用全阶观测器观测转子电流值和估算转速值更为准确,显著提高了感应电机的动静态性能。     

基于欧拉-拉格朗日模型的单相有源电力滤波器无源性控制新方法

有源电力滤波器(active power filter, APF)的控制方法是决定其补偿性能的关键因素之一。该文基于单相APF的Euler-Lagrange(EL)系统状态平均模型,提出了一种无源性控制新方法。该方法首先基于替代定理建立了考虑源阻抗和非线性负荷影响的单相APFEL系统状态平均模型,在此基础上设计了无源性间接控制律,确保对单相APF控制目标的渐近跟踪。由于在线计算直流电容指令电压波动量十分困难,在控制方法的执行中忽略波动量的影响,简化了控制方法的实现;此外,该方法还研究了所注入的阻尼大小对控制效果的影响以及APF内层控制过调制产生的原因,针对无源性控制律跟踪精度的要求与内层控制过调制限幅条件间的矛盾,通过构造模糊逻辑推理环节实现阻尼系数的在线调整,在满足内层控制限幅条件下确保跟踪精度和补偿效果。仿真结果验证了所提出方法的正确性和有效性。