三相PWM整流器的能量成形控制与仿真研究

基于能量成形和端口受控哈密顿控制方法,研究了三相电压型PWM整流器的建模与控制问题。首先,在d—q旋转坐标系下建立了三相电压型PWM整流器的PCH模型。然后,根据系统控制器的设计目标,确定了系统期望的平衡点。利用互联和阻尼配置方法,给出了三相电压型PWM整流器的PCH反馈镇定原理。通过能量成形和参数匹配方法设计了控制器,并且分析了平衡点的稳定性。仿真结果表明,该方法能使所设计的PWM整流器运行于单位功率因数,输出的直流电压基本稳定在期望值且具有快速的动态响应,满足了设计要求。     

具有阻感性负载PWM整流器的PCH建模与控制

基于能量成型和端口受控哈密顿(port-controlled Hamiltonian,PCH)控制方法,研究了阻感性负载PWM整流器的建模与控制问题。在三相电压型PWM整流器的状态平均模型基础上,通过等功率坐标变换得到其在d-q旋转坐标系下的PCH模型,以系统的设计目标为依据确定了期望的平衡点,并利用互联和阻尼配置方法设计了系统的控制器,引入PI控制作用有效抑制了稳态误差。采用Matlab/Simulink进行系统的仿真试验,仿真结果验证了PCH控制方法的有效性。     

三相PWM整流器PCH功率建模与变阻尼控制

针对三相电压型(pulse-width modulation,PWM)整流器的能量成形和端口受控哈密顿(PCH)控制中恒阻尼注入存在的问题,本文建立了三相PWM整流器的功率PCH模型,设计了三相电压型PWM整流器的PCH控制器,并采用跟踪微分器调整注入控制系统的阻尼值,实现了整流器的变阻尼控制。仿真结果表明,当阻尼注入较小时,电压达到稳态时较慢;当阻尼注入较大时,电压输出会有较大的超调,稳定性差,因此选择合适的输入函数和参数值,可以实现阻尼值按期望变化。该方法实现了三相PWM整流器的单位功率因数运行,输出电压快速达到设定值并且保持恒定,满足了控制要求,并为电力电子功率变换提供了新途径。     

有源电力滤波器的状态误差PCH控制与仿真研究

为减少电力系统网侧电流谐波并提高电网电能质量,本文采用状态误差端口受控哈密顿控制方法,实现对三相三线制有源电力滤波器的补偿电流实时控制和直流侧电压恒定控制。在dq旋转坐标系下,建立有源电力滤波器的PCH状态平均数学模型,构建了期望的闭环状态误差PCH系统,并根据系统的设计目标确定了系统期望平衡点;根据能量成形原理求出期望的闭环哈密顿PCH函数,并依据阻尼和互联配置设计了APF控制器。同时,运用比例积分控制(proportional integral control,PI)方法设计控制器,确保直流侧母线电压恒定。为了验证该控制策略的合理性,采用Matlab/Simulink软件进行仿真分析。仿真结果表明,基于状态误差PCH控制方法的有源电力滤波器对谐波起到了很好的抑制作用;在APF直流侧母线电压趋于恒定情况下,经过APF补偿的电力系统网侧电流中的谐波含量大大降低,达到控制目标,具有良好的稳态和动态控制性能。该研究具有一定的应用价值。     

三相PWM整流器的哈密顿与滑模协调控制研究

针对三相电压型(pulse-width modulation,PWM)整流器传统单一的控制方法存在的不足,滑模控制的稳态特性较差以及哈密顿控制的动态响应较慢等问题,本文设计了基于滑模和哈密顿控制的PWM整流器的协调控制策略。首先在三相PWM整流器拓扑的基础上建立数学模型,分别设计出整流器状态误差哈密顿控制器和滑模控制器,在此基础上设计出协调控制策略,并分析了系统稳定性,协调控制能达到直流输出恒定和单位功率因数运行目标。仿真实验结果表明,PWM整流器的哈密顿与滑模协调控制能够满足整流要求,同时具有快速的动态性能和优良的稳态性能。该研究验证了协调控制的可行性,为PWM整流器的控制策略的研究开启了新思路。     

基于端口哈密顿系统与PI控制原理的异步电动机转速调节

针对功率变换器和异步电动机构成的传动系统,利用能量成形与端口受控哈密顿（PCH）系统理论,研究其速度控制问题。建立了异步电动机的PCH系统模型,并构建了期望的闭环状态误差PCH系统。根据转子磁场定向原理,确定了期望的平衡点,并用Lyapunou稳定性定理分了平衡点的稳定性。利用互联和阻尼配置方法,设计了负载恒定已知和有扰动情况下的速度控制器。负载扰动通过速度误差的比例积分控制来估计。利用电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）信号变换控制功率变换器各开关器件的导通占空比,实现异步电动机的速度调节。仿真结果表明,系统具有很好的负载扰动抑制能力和转速跟踪性能。     

双馈感应电动机的状态误差端口哈密顿建模和控制

针对负载转矩已知和未知情况,本文采用端口受控哈密顿(port-controlled Hamiltonian,PCH)方法,分别研究了双馈感应电机(doubly-fed induction machine,DFIM)哈密顿建模与控制问题,建立了双馈感应电机的PCH模型,给出了期望的闭环系统PCH结构,选取了期望的闭环哈密顿函数,采用能量成形、阻尼注入和互联配置的方法设计出系统控制器,并且在负载转矩未知时设计负载转矩观测器。通过Matlab/simulink进行仿真验证,仿真结果表明,系统动态响应比较快,具有较好的稳态性能和速度跟踪性能。证明所提出的PCH控制方法是有效的。     

三相VSR新型双环控制策略研究

建立了三相电压型PWM整流器在d—q坐标系下的非线性数学模型．通过非线性输入变换和引人交、直流侧的功率平衡方程,推得三相电压型PWM整流器的线性化数学模型;并设计了双闭环控制系统,电压外环为非线性PI控制,电流内环为反馈线性化控制．仿真结果表明,基于该控制方案的系统具有较好的动态特性和较强的鲁棒性;控制系统全局稳定,输出直流电压无稳态误差．     

Research on Novel Double-loop Control Strategy of Three-phase VSR

建立了三相电压型PWM整流器在d—q坐标系下的非线性数学模型．通过非线性输入变换和引人交、直流侧的功率平衡方程,推得三相电压型PWM整流器的线性化数学模型;并设计了双闭环控制系统,电压外环为非线性PI控制,电流内环为反馈线性化控制．仿真结果表明,基于该控制方案的系统具有较好的动态特性和较强的鲁棒性;控制系统全局稳定,输出直流电压无稳态误差．     

基于背靠背四象限变流器的永磁同步电机PCH控制

以背靠背电压源变流器与永磁同步电动机（PMSM）组成的交流传动系统为研究对象,基于能量成形和端口受控哈密顿（PCH）系统理论,结合传统PI控制策略,研究电机的四象限运行。网侧变流器的控制采用带有负载电流前馈的双闭环矢量控制,机侧变流器采用状态误差PCH控制方法。通过网侧和机侧协调控制策略,实现了能量双向流动、直流母线电压可控、单位功率因数、电机四象限运行等控制目标。仿真结果验证了控制策略的有效性。     

基于李雅普诺夫方法的阻感性负载PWM整流器控制

针对PWM整流器在控制过程中存在的问题,本文基于能量的观点研究了阻感性负载的三相电压型PWM整流器的建模与控制。建立了PWM整流器dq旋转坐标下的数学模型,根据系统的控制目标确定了期望的平衡点,并分析了系统在平衡点的稳定性,同时采用李雅普诺夫方法通过注入阻尼得到PWM整流器的控制器,并在MATLAB/Simulink环境中进行了仿真分析,仿真结果表明,该系统稳态性能较好,能够抑制负载扰动,并且具有良好的电压跟踪和单位功率因数控制性能。该控制器具有广阔的应用前景。     

基于哈密顿系统原理的PMSM自适应阻尼注入控制

基于能量成形和端口受控哈密顿（PCH）系统原理,针对永磁同步电机（PMSM）参数不确定性所引起的转速误差,利用自适应阻尼注入控制方法,设计了负载转矩恒定已知和未知情况下的控制器。采用最大转矩/电流（MTPA）控制原理确定系统期望平衡点,并分析其稳定性。仿真结果表明,将自适应阻尼注入控制方法应用到PMSM的PCH控制中,对参数不确定性所引起的转速误差具有很好的抑制作用,从而使系统具有较好的转速跟踪性能。     

基于端口受控哈密顿方法的Buck-Boost变换器控制

应用一种新的端口受控哈密顿(PCH)系统方法,研究了Buck-Boost变换器的建模与PWM控制问题。首先,建立了Buck-Boost变换器的PCH系统数学模型。然后,利用互联和阻尼配置的能量成形方法,给出了Buck-Boost变换器的反馈镇定原理。根据其稳态特性确定了系统期望的平衡点,分析了Buck-Boost变换器平衡点的稳定性,最后设计了控制器。仿真结果表明,该控制器具有很好的性能和应用前景。     

永磁同步电机传动系统能量成形控制仿真研究

针对功率变换器和永磁同步电机（PMSM）构成的传动系统,基于能量成形和端口受控哈密顿（PCH）系统理论,研究其速度控制问题。建立了PMSM的PCH非线性数学模型,在负载转矩恒定已知和恒定未知情况下,设计了系统的速度控制器。根据最大转矩／电流（MTPA）控制原理确定了系统的期望平衡点,分析了平衡点的稳定性。利用PWM信号变换方法控制功率变换器各开关器件的导通占空比,实现隐极PMSM的速度调节。利用Matlab／Simulink仿真,结果表明,系统具有很好的负载扰动抑制能力和转速跟踪性能。     

双馈感应风力发电机组的能量成形与L2增益控制研究

研究了基于能量成形的变速恒频双馈感应发电系统的建模与控制问题。采用端口受控哈密顿（port-controlled Hamiltonian,PCH）方法,建立了双馈感应发电机的PCH系统非线性模型,采用PCH系统与L2增益扰动抑制技术设计了系统在干扰向量为0时的PCH控制器和干扰向量不为0时的L2增益控制率,实现了定子电流的解耦控制、最大风能捕获控制以及无功功率的独立调节。仿真结果表明,所提出的控制方法是可行的。     

电压型PWM整流器数学模型及非线性控制策略

根据电压型PWM整流器的基本动态数学模型,得到仿射非线性模型、欧拉-拉格朗日及端口受控的哈密顿耗散模型。结合非线性控制理论,论述了电压型PWM整流器的反馈线性化、无源控制（PBC）策略,指出了上述各种非线性控制策略的优缺点。提出了PBC和自抗扰控制相结合,实现优势互补的控制策略。