改进型PID控制永磁偏置磁悬浮轴承

针对传统PID控制超调与调节时间存在矛盾及磁悬浮轴承的特殊性,提出了具有一定非线性补偿能力的改进型PID控制算法,根据偏差与偏差变化率的关系,使比例、积分、微分调整大小、分时作用。在MATLAB的Simulink环境下搭建永磁偏置磁悬浮轴承的控制系统模型,用S-function函数实现改进型PID的控制算法和永磁偏置磁悬浮轴承的非线性模型,并进行了动态仿真。仿真结果表明,改进型PID控制器相对于传统PID控制器对永磁偏置磁悬浮轴承在动态性能、抗干扰能力上有比较好的控制效果,且提高了永磁偏置磁悬浮轴承的刚度,其算法在数字控制器中较容易实现。     

直流开关电源数字控制器的补偿方法综述

数字控制的时延补偿应用于直流开关电源中获得了较好的控制效果。介绍了数字控制器的主要补偿方法 ,并分析了其优缺点     

混合型磁悬浮轴承开关功放的单周期数字控制EI北大核心CSCD

开关功率放大器作为磁悬浮轴承系统的重要组成部分,其性能直接影响了磁悬浮轴承系统的性能。单周控制技术具有电路结构简单、控制精度高、响应速度快等优点;然而,目前开关功放的单周期控制实现方式都是通过模拟电路对电压型开关功放进行控制。这种控制方式存在电感饱和的弊端,对于负载为感性的磁悬浮轴承系统并不适用,因此直接反馈电流的电流型开关功放更为简单实用,更加适用于磁悬浮轴承系统。该文针对电流型全桥开关功放,提出单周期数字控制策略。推导了单极性与双极性工作模式下的单周期数字控制的数学模型,并给出了实现方法。仿真验证了单周期数字控制策略的正确性。最后,制作了实验样机,实验结果验证了所提出数字单周期控制方法的有效性,通过对两种模式控制方式下的实验结果进行对比,分析了两种模式控制策略的特点。     

具有延时补偿的磁悬浮轴承开关功率放大器数字单周期控制

在磁悬浮轴承的开关功率放大器系统中,采用数字单周期控制算法具有算法简单、易实现、响应速度快等优点,但传统的单周期控制算法存在控制延时的缺点,会影响系统的稳定性以及功率放大器带宽。该文在考虑磁悬浮轴承线圈电阻压降的情况下,分析了数字单周期控制算法的原理,精确了算法的数学模型;结合算法原理对磁悬浮轴承控制系统的延时进行了估算,并推导了两种延时补偿模型,对延时补偿前、后的数字单周期控制算法进行了仿真与实验。结果表明:精确算法模型后的单周期控制能使实际电流波形跟踪给定波形,验证了算法的可行性;两种延时补偿模型均能使电流跟踪波形与给定波形相比基本无相位差,验证了延时补偿模型的有效性;补偿模型Ⅱ跟踪效果更佳,验证了补偿模型Ⅱ的优越性。     

基于隐式PIGPC的网络控制系统时延补偿方法

网络控制系统的时延会导致系统性能下降,针对该问题提出一种基于隐式PIGPC的时延补偿方法。首先,通过历史时延数据,利用自适应变步长最小均方滤波算法对当前时刻的网络时延进行预测,将预测时延代替实际时延作为时延补偿控制器的参数。然后为改进隐式GPC的时延补偿效果,提出具有PI结构的隐式PIGPC算法。隐式PIGPC不必递推求解Diophantine方程,可节省在线计算时间,并且把PI的反馈结构与GPC的预测功能结合起来,改善了控制器的性能。利用隐式PIGPC设计控制器,结合预测时延完成基于隐式PIGPC的网络时延补偿控制器的设计,并对时延补偿算法的稳定性进行了分析。最后的仿真实验表明隐式PIGPC对网络控制系统时延具有良好的补偿效果,同时具有较少的运算时间。     

并网逆变器数字化控制算法优化设计

数字控制器存在的固有控制时延会影响并网逆变器入网电流的控制性能,为此提出一种控制算法优化方案,旨在降低控制时延带来的不利影响。首先分析了控制时延以及零阶保持器对比例-积分(proportional-integral,PI)控制器参数稳定域及系统阶跃响应的影响,在此基础上提出采用超前环节来补偿控制时延带来的相角滞后,分析不同补偿参数下的性能差异并选定了最优补偿参数,经过超前环节补偿后的PI控制算法能拓宽PI参数的稳定域以及提升控制系统动态性能。最后,利用Matlab/Simulink仿真平台以及并网逆变器样机验证了所提算法的有效性与实用性。     

广域闭环控制系统时延的分层预测补偿

电力系统广域闭环控制的反馈信号及控制信号均通过网络传输,控制网络的时延很可能恶化控制效果甚至导致系统不稳定。为此,对广域闭环控制系统依据功能进行分层并分析闭环时延的产生,进而提出一种分层预测补偿方法,该方法将时延补偿与闭环控制系统的实现相结合,使用预测方法为控制策略提供近似的实时数据,使时延的影响与闭环控制策略隔离以保证控制效果。详述该预测方法的特点,并以自回归算法为实例阐述了其实现方法。搭建了RTDS硬件在环测试平台,并分别以实测时延和随机时延进行测试。结果表明,所提出的分层预测补偿方法能有效补偿固定的或随机分布性的闭环时延,减小了时延对控制性能的影响。     

网络控制系统的自适应预测控制

研究了具有网络诱导时延和数据包丢失的网络控制系统中的自适应预测控制问题.考虑传感器与控制器、控制器与执行器间皆有时延和数据包丢失,充分利用网络传输数据包的容量,提出一种方案,在控制器节点获得被控对象的输入输出数据以在线辨识对象模型参数,并利用辨识模型设计预测控制器,给出了算法的推导过程和时延及数据包丢失的补偿方法.校园...     

脉宽调制逆变电源数字双环控制技术研究

该文主要研究脉宽调制(pulse width modulation,PWM)逆变电源电流内环电压外环数字双环控制技术,基于极点配置方法,设计双环控制器参数;在数字控制中,为了克服数字处理器采样、计算延时造成的占空比受限问题,引入状态观测器和扰动观测器。由于直流电压波动、死区效应等建模误差和模型误差影响,状态观测器输出存在较大预测误差。提出一种重复补偿器以减小状态观测器预测误差。仿真分析和试验结果均证明带重复补偿的状态观测器能较好预测系统状态。实验结果表明该控制系统既有较好的稳态性能,又有较快的响应速度。     

具有延时补偿的占空比预测数字控制算法

针对开关变换器数字控制中的延时问题,提出了一种基于线性外推的占空比预测控制算法及其改进的控制算法,该控制算法可利用本次和上一次计算的占空比预测出下一个或下几个周期的占空比,既能补偿数字控制中固有的计算延时,也能补偿由零阶保持器产生的延时。和传统数字控制相比,采用占空比预测控制算法可明显提高控制环路的带宽,有效改善了系统的动态性能。占空比预测控制算法实现简单,不依赖系统模型,不需对系统重新进行设计,简单有效地补偿了开关变换器数字控制系统中的延时问题。实例分析和实验结果证明了所提方法的正确性。     

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。     

环路延时对数字峰值电压控制开关变换器瞬态性能的影响

研究数字控制环路延时对开关变换器瞬态性能的影响,提出克服环路延时影响的简单实用算法。在数字峰值电压算法的基础上,对开关变换器数字控制算法中延时的存在进行分析,提出克服延时的策略,并得到改进型数字峰值电压控制算法。在此基础上,对单次采样的局限性进行分析,并提出将多采样算法用于典型降压(Buck)变换器中,用于进一步减小环路延时。利用仿真和实验对所提出的不同算法进行验证,并对瞬态性能进行分析。结果比较说明采用克服延时算法能减小延时,从而提高瞬态响应,多采样算法则是在此基础上的进一步改进。     

A Hardware Digital Controller for Undergraduate DDC Experiments

This paper describes a digital control laboratory facility which teaches the central concepts of digital control without requiring a background in digital systems and/or machine language programming. The heart of the laboratory is a flexible hardware digital controller replacing the traditional analog control components in a D. C. servo system. The digital controller can be adjusted to provide versions of the standard PID control algorithm with adjustable word length and computation delay. Through a series of graded experiments this hardware can provide: (1) an introduction to digital control concepts and components, (2) an introduction to digital signal processing, (3) experience with basic DDC algorithms, (4) experience with problems encountered in the choice of sampling rate and digital word length, and (5) experience in working with and trouble-shooting an operating digital control system. Since one controller can be provided for each laboratory station the student has considerable freedom to learn by doing at his own rate.     

单相PWM整流器的输入电流自适应预测控制器

实际数字系统中通常采用滞后一拍的控制技术来解决采样及计算延时所带来的变换器最大占空比受限问题,但是又会使得控制系统稳定范围减小。本文以比例控制器为例,分析和计算了滞后一拍对单相PWM整流器输入电流内环稳定范围的影响,提出了一种应用变步长自适应滤波算法对输入电流进行预测控制的方法,由于算法中的加权系数随每个采样周期预测误差进行自适应调整,所以算法具有较好的稳态预测精度。仿真和实验证明,由于输入电流预测算法的引入,在相同的主电路及控制系统参数下,电流内环的稳定范围增大,同时系统具有较好的稳态精度及抗负载扰动的动态性能。     

动态电压恢复器数字矢量控制方法的性能分析及改进

动态电压调节器(dynamic voltage restorer,DVR)是解决暂态电能质量问题的有效手段。根据DVR在dq同步旋转坐标系下的状态空间模型,采用前向欧拉法和无差拍控制原理推导得出包含内环电流控制器和外环电压控制器的数字双矢量控制算法。利用闭环模型进行稳定性分析和频率响应分析,研究参数变化对数字控制系统的影响。为补偿数字控制系统的采样延迟和计算时间,采用状态观测器对输出电流进行预估,并反馈至内环矢量电流控制器。仿真结果表明算法具有良好的动态和静态性能。提出2种改进的双矢量控制算法,实现对不对称电压跌落的无差补偿,并通过仿真和实验进行初步验证。     

考虑多机系统广域信号时滞影响的直流附加控制器设计

广域测量系统中由于引入信道、传输协议等环节引起的延迟经过积累将严重影响以广域信号为反馈的控制器动态性能.对此提出一种考虑广域测量系统(WAMS)中信号传输延迟的直流附加控制器.基于线性矩阵不等式方法(LMI)设计考虑时滞影响的直流附加控制器结构;基于粒子群、以控制器时滞稳定域最大为目标函数,对控制器参数进行寻优求解;最后由射影控制理论获得等效的低阶输出反馈控制器.对结果进行了时域仿真分析,并与一种未考虑时滞的控制器进行比较,所得结果均证明LMI方法设计的直流附加控制器的有效性.     

大功率400Hz逆变电源数字控制设计

为了实现大容量中频逆变器的数字控制,在两级H桥结构基础上,分析了数字控制时由采样、计算及脉宽调制过程产生的延时及其对系统性能的影响.采用P+谐振控制,通过在连续域设计中引入等效延时环节的方法,对数字控制参数进行了设计.建立了一个100kVA的400Hz/115V逆变器仿真模型,通过离散数字仿真对所提出的方法进行了验证....     

基于时滞灵敏度和多目标优化的广域电力系统稳定器参数设计

针对广域电力系统稳定器应用过程中信号具有时滞的问题,基于Pade近似与阻尼转矩分析法推导得到一个特征根相对于时滞的灵敏度指标,进而采用多目标粒子群优化算法求解综合考虑该灵敏度指标与系统阻尼的广域电力系统稳定器参数优化问题,实现对时滞具有较好鲁棒特性的广域电力系统稳定器参数设计。在搭建的信息电力融合系统平台中以2区4机系统为例,研究了不同时滞下控制器的控制效果。时域仿真结果表明,所提控制器参数设计方法对广域信号时滞的波动有较好的鲁棒特性,当广域测量系统的传输时滞在一定的范围内变化时,控制器依然能够有效地抑制系统区域间的低频振荡,为广域电力系统稳定器的参数整定提供了一种新的思路。     

基于FPGA的三电平APF谐波分频控制

针对传统串行执行方式存在可补偿谐波次数受限、补偿效果不佳等问题,研究基于现场可编程门阵列的有源电力滤波器谐波分频控制的实现。采用现场可编程门阵列作为控制系统的主控制器完成控制算法,可以显著提高计算频率,减小计算延时,改善控制系统实时性能,在现场可编程门阵列内构建并实现的谐波同步旋转坐标系下的谐波电流分频控制策略计算频率最高可达77 kHz。构建了三电平有源电力滤波器数字控制系统并在样机上进行了实验,实验结果验证了提出的现场可编程门阵列全数字谐波电流分频控制方法的正确性。     

考虑广域信号时滞的直流附加控制器设计

针对测量信号在广域测量系统中由于信道、传输协议等环节而引入的延迟经过累积将达到严重影响控制器动态性能的问题,分析了信号延迟的产生及其对直流附加控制器动态性能的影响,提出了一种考虑广域测量系统(WAMS)中信号传输延迟的直流附加控制器;并基于线性矩阵不等式方法(LMI)设计了考虑时滞影响的直流附加控制器。根据算例进行了时域仿真分析,并与一种未考虑时滞的控制器进行了比较,所得结果证明LMI方法设计的直流附加控制器的有效性。