矩阵式变换器电流环无源性控制

针对矩阵式变换器输出侧电流易受输出侧负载影响现象, 提出了一种基于无源性理论的矩阵式变换器的控制器. 首先将矩阵变换器等效为虚拟的交－直－交变换器, 在d-q坐标下建立了矩阵变换器输入和输出侧的模型, 并基于无源性理论设计了矩阵式变换器输出侧闭环控制器, 以消除内外扰动和不平衡的影响, 实现对输出电流快速准确的跟踪. 仿真结果表明这种控制器具有很好的动态特性, 对输入和输出扰动均有很好的抑制效果.     

矩阵变换器输入侧端口受控耗散哈密尔顿算子建模及无源控制

矩阵变换器无中间直流环节,易受电网扰动和负载扰动的影响.针对这一问题,本文设计了矩阵变换器输入侧无源性控制器以改善控制系统特性.首先,在直–交坐标系下建立输入侧的端口受控耗散哈密尔顿(port-controlled Hamiltonian with dissipation,PCHD)算子模型.然后,设计了基于互联和阻尼配置的无源性控制器,用来实现对输入电流快速准确的跟踪.重新配置了系统的平衡点,通过注入阻尼提高系统的收敛速度,并从理论上对闭环系统的渐进稳定性进行了分析.仿真结果表明,系统在非正常工况下仍能保证输入电流为正弦,相比传统偏差修正法,该控制策略具有更好的动态性能和抗干扰能力.     

矩阵变换器励磁控制的无刷双馈风力发电系统

应用在双馈风力发电系统中的功率变换器必须具有功率双向流动的能力, 交直交循环变流器和交交矩阵变换器都可满足功率的双向流动要求. 而矩阵变换器能同时提供正弦的输入电流和输出电压, 输入电流可调节为超前、滞后或同相于输入电压, 输出电压可实现幅值、频率和网侧功率因数的独立控制. 利用矩阵变换器, 通过控制无刷双馈电机控制绕组的电压幅值、频率, 为风力发电系统提供励磁. 压频比控制器采用模型参考模糊自适应控制策略, 对电机的转速和功率因数进行控制. 采用DSP,CPLD构建了基于四步换流方案的矩阵变换器实验励磁系统, 仿真和实验结果验证了系统设计的正确性、可行性和稳定性, 为矩阵式变换器的实际应用提供了实验基础.     

双电压合成矩阵变换器抗干扰性能的研究

针对矩阵变换器输出电压对输入侧电源的扰动非常敏感的问题,文章对矩阵变换器双电压合成控制策略进行了分析研究,详细推导了在输入侧电源存在不平衡以及谐波情况下,矩阵变换器输出侧仍为理想正弦波的理论过程,并对其进行了Matlab/Simulink仿真和基于dSPACE硬件实时仿真平台的实验研究。结果表明,矩阵变换器双电压合成策略对电网扰动具有一定的抗干扰能力。     

永磁同步风电系统网侧变换器控制策略研究

永磁同步风电系统使用两电平电压型双PWM变换器向电网输送电能.由于变换器直流侧负载扰动引起直流母线电压波动,影响输入电网电能质量.为了减小负载扰动对直流母线电压的影响,提出一个基于相似反对称结构理论的网侧变换器控制方法.以相似反对称结构为闭环期望结构,采用逆推法设计网侧控制器.对系统在负载扰动作用下的稳定性进行分析.用Matlab进行仿真,结果表明该控制器能控制输入电网电能功率因数,提高直流母线电压的稳定性,缩短调节时间,提高系统的鲁棒性,为优化输电网的电能质量提供了依据.     

混合式双级矩阵变换器闭环控制

混合式双级矩阵变换器(混合式TSMC)是一种非常有发展潜力的矩阵变换器,在实际应用中,混合式双级矩阵变换器常会遇到输入电压不平衡和输出负载变化等扰动,其输出电压会在扰动下产生不平衡。为了提高混合式双级矩阵变换器在输入电压不平衡及负载扰动情况下的输出电压的稳定,提出了基于由坐标系混合式双级矩阵变换器输出电的闭环控制方法,通过前馈闭环控制,H桥变换器控制和逆变级的闭环控制三个环节,能有效地抑制了输入电压不平衡和输出负载不平衡,保证了混合式效级矩阵变换器有效的、稳定的输出。仿真结果验证了所提方法的合理性和有效性。     

状态和控制含多时滞的离散系统H∞容错控制

针对状态和控制输入同时具有多个时滞的线性离散时间系统,基于Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法(LMI),采用无时滞记忆的状态反馈控制律,研究了执行器故障情况下,离散多时滞系统的H∞容错控制问题.在采用连续执行器故障模型条件下,给出了系统没有干扰输入时存在无时滞记忆的状态反馈容错控制器的充分条件;进一步,给出了在H∞扰动衰减指标约束下,系统存在无时滞记忆的状态反馈H∞容错控制器的充分条件,并将结论推广到离散故障模型的情况.仿真结果证明了所提H∞容错控制器设计方法的正确性和有效性.     

双级矩阵变换器的双空间矢量预测控制

针对电网输入电压不对称和输出负载变化等扰动,使得双级矩阵变换器(TSMC)的输入输出电能质量变差的问题,提出了双级矩阵变换器的双空间矢量参考值的预测控制算法。首先基于瞬时功率理论分析整流级输入有功功率和无功功率控制原理,分别建立两级电路的预测模型;然后提出了整流级参考输入电流矢量和逆变级参考输出电压矢量的预测算法。与开关表法的预测算法相比,本预测算法具有计算量小、开关频率固定等优点。仿真结果表明,采用所提出的控制策略,系统能有效抑制输入电压的不对称对输出性能的影响;同时,在输出负载扰动时,能保证整流级的高输入功率因数和输入电流质量,控制系统具有良好的动静态性能。该预测算法适用于工程领域中数字化控制方案的实现。     

线性自抗扰控制在全桥DC–DC变换器中的应用

针对DC–DC变换器在实际应用中会受到多种输入扰动、负载扰动及电磁扰动影响的问题,本文结合全桥DC–DC变换器的系统模型特点,对传统线性自抗扰控制器进行了改进.设计了基于降阶扩张状态观测器和以比例控制作为误差反馈律的自抗扰控制器用于实际系统,在确保系统性能的前提下优化了参数整定过程.仿真和实验结果表明,该控制系统具有比传统PI控制系统更优的快速性、鲁棒性和适应性,且大大简化了传统自抗扰控制器设计过程中参数过多、取值困难的问题,具有良好的发展前景.     

ESO 在直接转矩控制矩阵变换器中的应用及稳定性分析

设计一种由非线性控制方法实现的直接转矩控制矩阵变换器(DTC-MC)交流调速系统.首先构造基于扩张状态观测器(ESO)的自抗扰控制器(ADRC),取代传统DTC中的PI调节器,用来估计系统的扰动项并进行前馈补偿;然后运用多Lyapunov函数法对二阶ESO的稳定性进行分析.仿真结果表明,该方法提高了系统在输入电压非正常工况下的抗干扰能力和鲁棒性.     

Modelling and simulation of matrix converter under distorted input voltage conditions

Matrix converter is an energy conversion device which directly connects a three-phase voltage source to a three-phase load without dc-link components. Therefore, the output of the matrix converter is directly affected by the disturbance or imbalance in the input voltages. Many researchers have made an effort to overcome this problem in recent years. In this paper, the behaviors of the matrix converter controlled with the optimum-amplitude Venturini method are investigated and a novel compensation technique based on fuzzy logic controller is proposed to eliminate the undesirable influences of the input voltage under the distorted input voltage conditions. The proposed technique is based on closed loop control of the three-phase output current to enhance the output performance of the matrix converter. The mathematical model of the proposed system is developed. The simulation of the development model is performed in Matlab&Simulink. Some results demonstrating validity of the proposed compensation technique are presented.     

Passivity-based control for a DC/DC high-gain transformerless boost converter

In this work, an adaptive passivity-based controller for a DC-DC high-gain transformerlessdouble-inductor boost converter is fully detailed. The proposed current-mode control scheme results in two feedback loops, a current controller for tracking the inductor current considering damping injection and energy shaping, and a voltage loop composed by a proportional-integral action to guarantee output voltage regulation. Furthermore, a parametric uncertainty estimator using immersion-invariance approach is designed to improve the robustness of the current loop. As a result, a multi-loop adaptive nonlinear energy-based controller, which ensures regional asymptotic stability via Lyapunov analysis is accomplished. In addition, considering practical conditions, real-time numerical simulations, using a 1 kW case-study converter, are carried out in order to assess the effectiveness of the proposed control scheme. Results for output voltage regulation, current tracking, and parametric uncertainty estimation under input voltage and load step changes are shown.     

采用ESO的Boost变换器改进滑模控制

本文针对Boost变换器的负载电阻扰动和输入电压变化等系统不确定因素对输出电压的影响,提出了一种基于扩张状态观测器的改进滑模控制算法.首先,设计扩张状态观测器对系统状态、负载电阻和输入电压值进行估计,然后基于得到的估计值采用改进滑模控制算法设计系统控制器.通过理论分析,证明了Boost变换器闭环控制系统的稳定性.仿真和实验结果表明,与传统的滑模控制算法相比,本文所提出的控制算法更好地改善了系统的跟踪性能,提升了系统的鲁棒性.     

基于VSG微网储能变流器无缝切换控制策略研究

针对微网储能变流器采用状态跟随控制器进行切换的过程中存在微小电压、电流扰动等问题,本文提出了一种基于线性自抗扰控制器(LADRC)的无缝切换控制策略。在采用P/Q控制和VSG控制相互切换方法的基础上,将电流内环控制器改成线性自抗扰控制器。通过设计一个状态观测器LESO实时在线观测估计输出变量直轴、交轴电流id、iq以及系统的各种扰动;将扰动估计值补偿给P/Q控制器和VSG控制器切换过程中的突变量,从而抑制切换过程中的电压、电流波动。最后,建立基于LADRC的储能变流器无缝切换仿真模型。仿真结果验证了该方法的可行性。     

直流降压变换器的降阶扩张状态观测器与滑模控制设计与实现

本文针对直流降压变换器的负载电阻扰动和输入电压变化等系统不确定因素对输出电压的影响,提出了基于降阶扩张状态观测器的滑模控制方法(SMC+RESO).首先设计降阶扩张状态观测器对系统状态,负载电阻扰动和输入电压变化进行估计,然后基于估计值利用滑模控制技术设计控制器,实现对直流降压变换器系统给定电压跟踪的快速性和准确性.值得注意的是,不同于文[1]所提出的基于扩张状态观测器的滑模控制方法(SMC+ESO),本文所提出的方法采用降阶扩张状态观测器,实现简单,且无需电流传感器,减小了实际应用的成本.利用Lyapunov稳定性定理从理论上证明了所设计的控制器可以保证闭环系统的稳定性.仿真和实验结果表明,与已有的基于扩张状态观测器的滑模控制方法相比,所提出的控制方法更好地改善了系统的跟踪性能和对干扰和不确定性的鲁棒性能,且减少了成本,但是牺牲了系统稳态性能.     

新趋近律的直流微电网母线电压滑模控制设计

随着直流微电网技术的快速发展,直流微电网中母线电压的稳定性控制作为直流微电网正常平稳运行的关键,也成为了研究热点之一;针对直流微电网母线电压外环易受参数摄动和负荷扰动的影响,提出了一种扩张状态扰动观测器ESO(Extend state observer)与新型趋近律的滑模控制器NRSMC(New reaching law sliding mode control)相结合的复合控制器ESO-NRSMC;该控制器采用了一种新型趋近律方法来解决抖振现象与滑模面趋近时间之间的矛盾;同时扩张状态观测器将观测到的扰动值补偿到滑模控制器中,进一步提高控制器的抗扰动能力;还构造了Lyapunov函数来验证所设计的母线电压外环闭环控制系统的稳定性;最后通过仿真证明控制器ESO-NRSMC在微电网系统参数发生变化以及负载扰动的情况下,依然能够实现对直流微电网母线电压的稳定控制,具有较强的优越性和鲁棒性能。     

一种鲁棒双向直流变换装置的高阶滑模控制器

随着新能源发电技术的发展,双向直流变换器(BDC)因其能量双向流动的特点而被广泛应用于航空航天、充放电控制和电动汽车等领域.由于在上述应用工况下,能源间歇性输入、负载随机性扰动、功率流向切换均会对系统母线电压产生干扰,因此对控制器的鲁棒性要求较高.论文基于Super-Twisting高阶滑模算法,设计了一种互补脉冲宽度调制(PWM)型双向直流变换器的双闭环强鲁棒控制系统.阐明了Super-Twisting相比传统PI控制在鲁棒性和快速性优势的根本性原因,并基于一种类二次型李雅普诺夫函数,给出系统稳定条件,尤其是给出了更精确的Super-Twisting算法收敛时间的估计值.此外,通过等效控制线性化内环控制,解决了变换器应用中由于内环与变换器的非线性特性所导致的外环非线性算法参数设计复杂的问题,使系统外环亦可方便地采用Super-Twisting非线性算法,进一步提升了系统的鲁棒性.本文基于dSPACE半物理平台构建控制器,结合硬件电路进行实物实验平台的搭建.通过与传统PI双闭环控制对比,分别对母线负载扰动和功率流向切换进行了测试.最后通过仿真和实验验证了本文所设计控制器的有效性.