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。     

零电流开关准谐振Boost变换器的无源控制

分析了零电流准谐振升压(ZCS-QRC Boost)变换器的工作原理。采用时间平均法对ZCS-QRC Boost变换器的状态方程进行简化,并对其采用无源控制方法,不但能够得到确保全局稳定的控制器,而且能消除输入电压负载扰动等引起输出电压的变化。通过Matlab仿真及实验验证了采用无源控制的ZCS-QRC Boost变换器的系统有较强鲁棒性以及稳定的输出电压。     

基于参数扰动的混沌控制方案在Buck-Boost变换器中的应用研究

分布式直流微电网中,直流母线与大电网的接口变换器通常选择具有升、降压功能的DC-DC变换器,如Buck-Boost变换器,来提升或降低光伏阵列或其他储能单元的输出电压,使之与直流母线电压匹配。Buck-Boost变换器作为一个强非线性系统,在输入电压、参考电流等电路参数变化时容易产生分叉、混沌等非预期情况,使变换器性能变差甚至不能正常运行。基于峰值电流控制型Buck-Boost变换器的频闪映射模型,分析了变换器的非线性动力学现象。基于参数扰动的混沌控制原理,设计了一种适用于峰值电流控制型BuckBoost变换器的混沌控制方法 ,该方法可使进入混沌状态的变换器重新回到周期态,并使变换器的稳态性能、输出纹波等得到显著改善。     

Buck-Boost变换器非线性电流控制研究

基于输入输出线性化,提出一种新型Buck-Boost变换器非线性电流控制方法。通过研究系统的内动态稳定性,指出采用电压模式控制时,其内动态不稳定;采用电流模式控制时,其内动态稳定,可通过直接控制电感电流来间接控制输出电压。因此,采用输入输出线性化非线性控制方法推导出新的电流控制律,仿真及实验结果表明,该方法能保证电感电流有效精确地跟踪给定值,输出电压无稳态误差,控制系统动稳态性能良好且对系统参数扰动具有较强的鲁棒性。     

燃料电池系统宽范围输入电压变换器设计

燃料电池输出特性较软使得其系统中单向DC/DC变换器需要较宽的输入电压,从而限制了该变换器的应用。文章利用双管Buck-Boost级联电路可根据输入电压的大小自动切换升/降压工作状态来获得合适的恒定的输出电压的优点,对该级联电路设计了基于平均电流控制的电压、电流双闭环控制环路,从而实现其在宽范围输入电压下得到恒定的输出电压,可为燃料电池系统后级变换器提供稳定的输入电压,并降低其设计和优化的难度,还有效解决传统单管Buck-Boost电路开关管电压应力过高的问题。仿真和小功率样机的实验研究验证了所提采用双闭环控制环路的升降压变换器在宽范围输入电压下均具有良好的性能。     

基于多模式控制的储能用双向Buck-Boost DC/DC变换器

由于各种分布式能源的大量接入，电网需要加入储能单元以平抑潮流的波动。储能系统中，为了在宽输入、输出电压范围的情况下实现高效双向电能转换，探讨一种基于多模式控制的双向Buck-Boost DC/DC变换器。当输入电压显著高于输出电压时，变换器工作在Buck模式，采用谷值电流控制。当输入电压显著低于输出电压时，变换器工作在Boost模式，采用峰值电流控制。当输入电压接近输出电压时，变换器工作在Buck-Boost组合模式，采用移相控制来实现平滑过渡。为了实现高精度的输出和快速的动态响应，控制环路采用二型补偿器。通过Buck模式和Boost模式小部分重叠工作的方式，消除了传统Buck-Boost变换器在模式切换时存在的断续现象。制作的1 kW实验样机具有97.5%的峰值效率以及Buck模式与Boost模式平滑切换的特点。     

改进的Buck-Boost变换器的无源性控制策略

在建立电流连续模式下Buck-Boost变换器模型基础上,论证了系统的无源性,并通过系统误差模型,详细地推导了系统的无源性控制律。巧妙利用系统阻尼矩阵控制参数的设置,使得系统的动态特性得以充分考虑,并将系统的控制律归算到占空比上,实现了改进的无源性控制策略。最后借助Matlab/Simulink平台进行仿真验证,仿真结果表明,系统输出稳定,动态响应良好,参数鲁棒性强,论证了方法的可行性。     

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。     

飞轮储能系统放电模式下的非线性控制算法

针对Buck-Boost变换器的非线性特征给飞轮储能系统的放电运行状态带来的控制问题,提出了电压电流双环非线性控制算法。基于输入/输出线性化理论,推导出电流内环的控制律,并证明了内动态的稳定性。电压外环采用鲁棒性强的滑模变结构控制方法,并增加限流环节,保证放电电路安全、稳定运行。在Matlab/Simulink仿真平台中搭建飞轮放电模型,对所提出非线性控制算法进行了仿真验证。仿真结果表明,相比于双环PI控制,该算法能够明显改善输出电压调节时间、超调量等动态特性,在输入电压存在大范围变化的情况下,输出电压能够保持恒定和较低的纹波系数。     

宽电压范围高速低压发电机交直变换器的平均电流控制策略

基于双管Buck-Boost变换器,提出一种高速低压发电机交直变换器的平均电流控制策略。高速低压发电机的输出电压宽,低频电压纹波大,难以直接应用于低压直流供电系统,需要对发电机的输出电压进行稳压变换。同极性的双管Buck-Boost变换器适用于宽电压范围输入场合。基于平均开关模型,建立双管Buck-Boost变换器同步工作模式的非理想低频小信号模型,推导关键的传递函数,分析输入参数变化、负载变化以及右半平面零点对控制环路稳定性的影响,提出高稳定性和低输出纹波的宽输入电压平均电流控制策略。通过SABER仿真软件,验证宽电压输入双管Buck-Boost变换器平均电流控制的可行性,设计一台10倍输入电压变化范围的原理样机并进行实验测试,验证了所提出控制策略的可靠性和有效性。     

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。     

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.     

基于无源性的滑模控制在DC/DC变换器中的应用

利用本质上非线性的反馈控制方法———无源性控制方法 ,与滑模控制相结合对DC/DC变换器进行控制。仿真分析表明通过对控制器参数的适当调整 ,控制系统可获得较好的动态性能及抗干扰性     

四级交错单相APFC的EL模型无源控制

传统线性控制策略的有源功率因数校正器(APFC)电流响应慢,动态性能和均流效果较差。针对以上缺陷,根据四级交错APFC功率电路拓扑结构,建立了电流连续模式下变换器的Eul-er-Lagrange(EL)数学模型,证明了四级交错APFC的无源性,采用状态反馈和阻尼注入的方法设计了无源控制器,并给出了仿真和实验。结果表明,所提控制方案在负载变化范围较宽的应用场合中,电流的动态响应快速,输出直流电压保持不变,很好地实现了APFC的功率因数校正和直流恒压输出功能,均流效果良好,每级APFC的电流偏差低于平均电流的10%。该控制方案不需要比例积分环节,控制简单,对输入电压,负载及系统元件参数的扰动具有较强的鲁棒性。     

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。     

基于EL模型的TNPC型APF自抗扰无源控制策略

提出一种基于三电平T型中性点箝位(TNPC)型有源电力滤波器(APF)自抗扰无源控制策略,有效解决了传统TNPC型APF控制策略存在控制性能不佳的问题。建立了TNPC型APF的欧拉-拉格朗日(EL)模型,基于系统的无源性,采用注入阻尼的方法,设计了电流内环的无源控制器,从理论上保证了系统的稳定性。在电压外环使用了自抗扰控制(ADRC)技术,有效提高直流侧电压控制能力,缓解了超调的问题,使系统具有良好的动静态性能,并维持了直流侧电压的稳定。仿真和试验结果验证了所提控制策略的可行性和优越性。     

五电平MMC-UPQC的无源控制

分析五电平模块化多电平变换器-统一电能质量调节器(MMC-UPQC)的主电路拓扑和工作原理,建立其在dq0坐标系下的数学模型及EL模型。为加快误差能量收敛,采用阻尼注入方法设计电流内环无源控制器,确保MMC-UPQC的稳定性;通过电压外环PI控制器获得内环期望电流,消除静态误差。所提出的无源控制实现了对有功和无功的解耦控制,使系统具有良好的动静态性能。在负序二倍频坐标变换下采用相间解耦控制抑制环流,减少开关损耗;采用基于Park变换的电压电流补偿量提取方法,无需锁相环,提高补偿精度。最后在Matlab/Simulink搭建五电平MMC-UPQC仿真模型,仿真结果表明能够较准确地补偿不平衡、谐波电压以及无功、谐波电流,证明了无源控制的可行性。     

模糊控制理论在自动均流技术中的应用

提出了利用模糊控制理论控制两个PH600S280-48电源模块构成并联供电系统的自动均流技术;分析验证了该模糊控制理论在自动均流技术中的应用。采用该均流技术设计的并联供电系统结构简单、易扩展、输出电压调节范围宽,均流效果好。     

三相电压型PWM整流器的无源性功率控制

根据电压型PWM整流器主电路结构,建立了整流器在两相同步旋转dq坐标系中的功率EL (Euler-Lagrange)数学模型。基于整流器的无源性,采用新的阻尼注入方法设计无源功率控制器。该无源功率控制器使整流器实现功率解耦控制,具有更好动静性能,优于现行的其它功率控制策略。特别是在负载扰动的情况下,应能保持功率快速响应、直流输出电压几乎不变的特性。仿真实验证明了新的整流器无源功率控制器设计方法的可行性。     

Passification‐based adaptive control of linear systems: Robustness issues

Passivity is a widely used concept in control theory having led to many significant results. This paper concentrates on one characteristic of passivity, namely passification‐based adaptive control. This concept applies to multi‐input multi‐output systems for which exists a combination of outputs that renders the open‐loop system hyper‐minimum phase. Under such assumptions, the system may be passified by both high‐gain static output feedback and by a particular adaptive control algorithm. This last control law is modified here to guarantee its coefficients to be bounded. The contribution of this paper is to investigate its robustness with respect to parametric uncertainty. Time response characteristics are illustrated on examples including realistic situations with noisy output and saturated input. Theoretical results are formulated as linear matrix inequalities and can hence be readily solved with semi‐definite programming solvers. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.