具有延时补偿的数字控制在PWM整流器中的应用

由零阶保持器及计算时间产生的控制延时是数字控制的主要缺点之一，这会导致系统振荡以至不稳定。为补偿延时，提出了一种基于状态反馈的新方法。该方法没有采用状态观测器，首先建立包含延时影响的PWM整流器的新数学模型，然后采用线性状态反馈，通过配置系统极点，得到新控制器。该方法消除延时影响不仅保证系统稳定而且对给定电流输入可取得无差拍响应。1kW的能量回馈型交流电子负载样机被用于验证新方法。样机采用20kHz的开关频率和TMS320F2812 DSP控制芯片。样机实验验证了理论分析的正确。     

基于FS-MPC的级联型STATCOM控制延时消除方法

提出一种新型有限状态模型预测控制的控制延时消除方法,并将其成功应用于级联型STATCOM,旨在提高级联型STATCOM的电流跟踪控制效果.有限状态模型预测控制用一个指标函数对各种预测结果进行评估,选择使指标函数值最小的开关组合,从而实现对功率变换器的快速控制,但研究发现,控制延时会较大程度影响预测控制的电流跟踪效果.本文在对系统离散化数学模型进一步递推的基础上,通过对传统数字控制的控制流程改进,减小了控制延时的影响、提高了系统性能.为了验证该方法的有效性,在仿真测试的基础上进行了实验验证,2kW样机的实验结果显示,级联型STATCOM具有快速的电流跟踪能力,同时有限状态模型预测控制使系统具有较强的鲁棒性.     

基于重复预测原理的三电平APF无差拍控制方法

传统两电平有源电力滤波器(APF)由于功率开关耐压水平和载流能力的限制,难以实现对高压大容量非线性负载的谐波补偿。在高压大容量系统中,二极管钳位型三电平变流器得到了广泛的研究和应用。本文研究一种基于重复预测原理的三电平APF无差拍控制方法,通过推导分析,发现消除采样周期的延迟和对输出指令电流的预测是决定无差拍控制效果的关键。采用状态观测器,对APF下一拍输出电流进行估计,弥补了数字控制系统一个载波周期的延时;采用重复预测型观测器,对指令谐波电流进行预测,可以提供精确的谐波电流预测值,因而改善了整个系统的控制效果。实验结果证明了所提控制方法的可行性。     

储能逆变器预测控制误差形成机理及其抑制策略

在大功率储能系统中,由于储能逆变器开关频率低,采样、计算等引入的延时将恶化输出电能质量甚至引起系统的不稳定。采用预测控制可消除储能逆变器控制中延时的影响,但预测值受模型精确程度和输入扰动的影响与实际值存在差异。在储能逆变器数字化预测控制策略的基础上,推导预测误差与直流电压、负载电流和模型参数误差之间的传递函数,然后分析预测误差对逆变器数字化控制的影响,从而提出一种基于输出误差积分量和状态预测值的全维状态反馈控制策略,其外环采用输出电压误差积分以抑制预测误差,控制器采用后向差分形式的积分环节消除输出电压反馈引入的延时影响。该控制策略可有效消除逆变器控制中的延时,并且抑制了预测控制中的误差。最后设计一台30 kW 原理样机,输出稳态误差由9%降到1%,验证了所提控制策略的正确性。     

单相4象限变流器的预测电流控制算法研究

分析了单相4象限变流器的主电路及其预测电流控制原理.为了减小控制延时对电流环稳定性的影响,根据电感电流方程,构造了超前一个控制周期的电流估计器.该算法能够消除滞后一拍控制对电流稳定性带来的影响,降低电网电流谐波含量,具有预测精度高、易于DSP实现的特点.实验结果验证了该方法的正确性和有效性,有效改善了交流电流波形.     

基于无差拍控制的永磁同步电机鲁棒电流控制算法研究

由于数字控制固有的采样、滤波延时等因素,限制了系统电流环的性能,因此为了减小延时并提高伺服系统电流环控制性能,提出了一种基于无差拍控制原理的永磁同步电机鲁棒预测电流控制算法。根据电流给定和相应系统变量的反馈值,计算出下一周期逆变器的开关状态。分析了电机电感误差、电流采样及其滤波引起的系统相角裕量减小的问题。为了补偿系统的相角裕量,提高系统对电感参数的容许误差,引入了龙伯格(Luenberger)状态观测器,通过调节鲁棒性系数来增加系统的相角裕量。定量给出了鲁棒性系数与系统带宽和相角裕量之间的关系。使用一套750W永磁同步伺服单元验证了算法的有效性,并分析了仿真和实验结果。     

一种改进的永磁电机无差拍预测控制方法

为解决数字控制方式固有的延时和开关非线性问题,提升电流环性能,本文基于永磁同步电机离散化数学模型,提出一种同时引入延时补偿和死区补偿改进无差拍电流预测的控制方法。在一个周期内,实现双步计算来补偿延时作用,并考虑逆变器开关的非线性及死区时间引起该周期内电压的变化进行电压补偿。相较于基本的预测方法,改进方法能够有效地提升动态响应和稳态精度,降低参数敏感性。     

基于电压预测控制的DSTATCOM研究

基于无差拍控制思想,提出具有延时补偿性能的电压预测控制策略。该算法能消除控制延时引起的补偿误差量,同时省去传统电流预测控制算法中的d-p旋转坐标变换,简化了控制系统的设计过程;另外,借助于空间矢量调制(SVM)技术实现开关状态的选择,使控制系统具有固定开关频率,从而简化滤波电感的设计。最后,搭建Matlab/Simulink仿真模型和基于50kvar的配电网静止无功补偿器(DSTATCOM)实验样机进行无功补偿和治理电压不平衡实验,仿真及实验结果都验证了该算法的有效性和可行性。     

三端口DC/DC变换器预测电流移相控制

针对微电网储能系统中三端口DC/DC变换器,研究了基于半开关周期采样和全开关周期采样的预测电流移相控制。分析了变换器的工作状态和开关模态,采用Y-△等效变换得到电感电流斜率,在每个开关周期驱动信号的中点时刻采样电感电流,计算不同阶段变换器的电感电流增量。基于电流采样值和电流参考值预测变换器下一个开关周期上升沿和下降沿移相比,更新该移相比使电感电流达到参考值。然后分析了两种采样模式下电感电流中直流分量消除机理,并给出三端口DC/DC变换器闭环控制策略。仿真结果验证了该控制方法的有效性,较好地解决了三端口DC/DC变换器直流偏置问题,提高了系统的动态响应和鲁棒性能。     

基于电流观测器的三相变流器重复控制方法

提出一种基于电流观测器的三相变流器重复控制方法,采用简单的电流观测器模型,通过对每个控制周期中输出电流增量的状态反馈,可有效消除数字延时的影响,并自动补偿由于电压预测偏差、死区时间和模型参数偏差等造成的波形畸变和相位偏移,真正实现在每个控制周期的结束时刻使实际电流跟踪到其给定值,在计算量增加不大的条件下,保持传统无差拍控制快速响应的特点,并对数字延时以及模型参数具有很好的鲁棒性。     

电容电流瞬时值反馈控制逆变器的数字控制技术研究

采用电容电流反馈的双闭环瞬时值控制的逆变器具有输出波形正弦性好、动态响应快、输出外特性硬和稳态精度高等特点。该文基于状态观测器，对电容电流反馈瞬时值控制电路的数字实现方法进行研究，提出了基于电容电流反馈的解耦控制方法；设计了电流内环数字控制器，提出了一种电容电流采样时序，采用该采样时序可以真实反映电容电流开关周期内的电容电流平均值；提出了基于PWM逆变桥离散化模型的电容电流观测方法，可对电容电流做出准确观测，补偿数字控制器的采样延时和计算延时；提出了瞬时值电压控制外环的滤波方法，以提高输出电压的稳态精度。仿真和实验结果表明，该方案可以达到模拟电路实现双环控制的效果。     

基于模糊滑模观测器的永磁同步电机进给系统速度估计

为解决目前伺服系统中采用机械位置传感器所存在的诸多缺点,提出一种用于永磁同步电机(PMSM)进给系统的模糊滑模速度观测器,实现无速度传感器控制。针对传统滑模观测器的抖振问题,采用Sigmoid函数代替传统理想开关函数,并引用模糊控制器自适应调整滑模增益以减小抖振,实现软切换连续控制。估计反电动势可以直接由控制函数的输出获得,省略了传统观测器中的低通滤波器和相角补偿。利用李亚普诺夫函数证明了设计的滑模观测器的渐进稳定性。仿真结果表明:设计的模糊滑模观测器能够对PMSM转子速度进行精确辨识,并有良好的动、稳态性能。     

基于LMI的时滞电力系统双层广域阻尼控制

针对时滞电力系统提出一种新型建模方法,并且对其进行了广域附加区间阻尼控制的双层控制设计。直接采用时滞系统控制理论克服广域信号的时滞对闭环电力系统稳定性的不良影响。第一层控制,对无时滞电力系统施加计及时滞的输出反馈控制,形成时滞闭环系统。第二层控制,利用时滞系统的控制理论,采用线性矩阵不等式方法,求解状态反馈矩阵和观测器增益矩阵,进行反馈控制。10机39节点算例测试系统上的仿真结果表明,基于该方法设计的附加区间阻尼控制器,具有一定的时滞不敏感性,鲁棒性强,能够较好地抑制区间振荡。该方法为关于时滞系统的控制理论在广域附加区间阻尼控制中的直接应用搭建了平台,提供了可行性。     

微逆变器过零点电流畸变抑制的混合控制策略

微型光伏并网逆变器输出电流过零点畸变会导致电网注入电流谐波增加,严重时还会干扰电网正常运行。为解决该问题,通过对反激式微逆变器峰值电流控制策略的分析,讨论了功率器件关断延迟时间对系统功率平衡的影响,指出功率器件关断延迟时间是造成过零点畸变的主要原因,据此提出了一种新的混合峰值电流控制策略。详细分析了其工作原理,给出了控制实现方法,并构建了100 W样机进行实验。实验结果表明所提出的混合控制策略能有效抑制输出电流过零点畸变。     

三电平逆变器的改进无模型预测电流控制

针对传统模型预测控制对系统模型的依赖性强、鲁棒性差的问题,提出一种应用于三相三电平中性点箝位型(NPC)逆变器的改进无模型预测电流控制方法。该方法利用当前时刻检测的负载电流和上一次计算的电流差分矢量预测下一时刻的输出电流值,其无需任何系统模型参数;通过引入计数因子,及时更新电流差分,并在下一控制周期内应用所选择的使给定代价函数最小的逆变器开关状态,有效地控制负载电流。该算法在一个采样间隔内只需对负载电流进行一次采样,但其运算量大,对系统处理器要求较高。仿真和实验结果表明:所提控制策略具有良好的稳态特性和动态响应速度,且能消除负载参数变化对控制系统稳定性的影响。     

永磁同步电机无位置传感器启动策略的改进

针对永磁同步电机,提出了一种基于滑模观测器的永磁同步电机(PMSM)无位置传感器启动控制方法。采用电流闭环-速度开环的(I-F)定位,启动加速和速度-电流双闭环切换的控制方法。启动加速达到设定转速时,进入速度-电流双闭环的切换过程,采用K/cos2曲线对电机电流进行减小,进而减小滑模观测器估测的转子位置与给定坐标系位置的角度差,并使其趋于零,实现状态的平滑切换。最后通过实验验证了所提启动控制方法的有效性。     

一种简单的预测电流控制新方法

为提高有源电力滤波器(APF)的电流跟踪性能,提出一种简单的预测电流控制新方法。该方法在当前采样时刻预测下一采样时刻参考电流值,计算出APF在下一采样时刻输出端参考电压值,再利用电压空间矢量调制得出控制开关信号,以达到电流跟踪控制目的。稳态时,利用前一周期存储的参考电流历史数据预测下一采样时刻参考电流值;暂态时,利用二阶外推插值法得到下一采样时刻参考电流值。该控制方法可以消除采样、计算等带来的延时,有效降低开关频率波动范围,具有电压利用率高、开关损耗小、动态响应快的优点。仿真与实验结果证明了该方法的正确性和可行性。     

多路径的无线网络控制系统镇定性研究

研究了多路径传输环境下具有不确定时延的无线网络控制系统稳定性问题。首先采用了一种新方法把不同状态的网络时延信息分离出来,系统中传感器采用时间驱动,执行器和控制器均采用事件驱动方式。假设网络时延小于采样周期,利用不确定理论将无线网络控制系统建模为一类具有多时延的不确定线性离散系统;基于Lyapunov方法,给出了闭环系统稳定的充分条件,并采用线性矩阵不等式技术求出状态反馈控制律;仿真实例验证了该方法的正确性和有效性。     

Adaptive sliding mode observer design for a class of uncertain systems

State feedback method is quite popular in control engineering field. However, some popular properties of state feedback approach cannot be used while any of the system states cannot be obtained beforehand. Therefore, this paper proposes a new observer design for a class of uncertain systems through sliding mode control theory. Based on strictly positive real concept, the stability of the equivalent error system is verified. Further, by using the generalized matrix inverse approach, the proposed switching term can drive the error states to zero, and it ensures the global reaching condition of the sliding mode of the error system. Moreover, the presented sliding mode observer is proposed to possess the invariance property to the uncertainty and/or external disturbance. Furthermore, the developed sliding mode observer is extended to release the limitation of knowing the bounds of the lumped perturbations in advance. That is, not only a new sliding mode observer but also a new adaptive sliding mode observer is proposed in this paper. Finally, three examples are illustrated to demonstrate the validity of the proposed sliding mode observer and the proposed adaptive sliding mode observer. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.