基于滑模控制的感应耦合电能传输系统输出电压控制研究

感应耦合电能传输系统通过非接触的方式将系统能量从电源侧传递至负载侧。由于该系统具有负载参数变化、系统结构复杂、工作频率高等特点,系统控制器面临着设计难的问题。提出了一种基于滑模控制理论的输出电压控制器,采用移相控制方法实现了对输出电压的控制。该控制方法有效降低了系统建模难度,同时提高了系统输出电压响应特性。通过简化系统结构,推导出滑模控制器的具体表达式,并给出了滑模控制系数的选取方法。通过建立IPT实验系统,在不同负载工作工况条件下进行实验验证。对比传统PI控制方法和所提出的滑模控制方法,实验结果表明滑模控制方法响应更快、对系统负载参数变化不敏感、鲁棒性及动态性能更好,能够较好控制IPT系统的输出电压。     

基于龙伯格观测器的BLDC滑模控制系统仿真研究

针对无刷直流电机（BLDC）负载频繁改变导致电机调速性能差的问题,提出了一种基于负载转矩观测器的速度滑模控制方法。速度环采用滑模变结构控制方法,基于改进指数趋近律设计了速度滑模控制器;同时为了减小负载转矩扰动对电机运行状态的影响,基于龙伯格观测器设计了负载转矩观测器,通过观测器来估计实际的负载转矩并将观测器的输出前馈给速度滑模控制器来抵消负载转矩扰动的影响。为了验证提出方案的有效性,在MATLAB/Simulink仿真环境上搭建了仿真模型并进行了仿真分析,仿真结果表明基于负载转矩观测器和速度滑模控制器的无刷直流电机系统有着优异的性能,与传统PI控制相比,抗扰能力强、恢复时间短、转速响应快,证明了提出方案的有效性。     

一种基于积分重构的开关变换器滑模控制方法

分析了常见的滑模控制方案的特点及其在实际应用于DC/DC开关变换器中存在的问题, 提出了将基于积分重构与滑模控制相结合的控制方案用于连续导电模式下的Buck开关变换器的输出电压稳定控制, 构建了相应的滑模面和控制规律。该方法只需要反馈输出电压和开关位置作为控制输入量, 省略测量电感电流, 具有降低成本和方便电路实现的优点。同时给出了采用基于积分重构的滑模控制方案建立的滑模切换面上的滑模存在区域和在相平面上该切换面的吸引区域, 并通过基于平衡点附近的小信号线性化进行稳定性分析, 得到系统局部渐近稳定的充分条件。仿真结果给出了启动和负载变化时的输出电压和电感电流的波形, 表明此方法具有良好的启动性能和动态特性以及对负载大幅度突然变化具有稳定鲁棒性等特点。     

基于扩张状态观测器的DFIG网侧变换器滑模控制

针对双馈风力发电机网侧变换器因负载变化和滤波参数摄动导致控制效果不佳的问题,提出一种扩张状态观测器（extended state observer, ESO）与滑模控制相结合的网侧变换器双闭环控制策略。内环采用以功率为状态变量的基于ESO的滑模直接功率控制,外环采用以电压平方为状态变量的基于ESO的滑模控制;应用ESO对系统状态变量与包含系统未建模动态、负载变化和滤波参数摄动等集总不确定项进行估计,即可无需系统的精确数学模型设计滑模控制方法,实现网侧变换器在复杂环境下的鲁棒控制,理论分析了ESO和滑模控制的稳定性。此外引入功率差前馈环节,减小负载变化时外环滑模控制非线性带来的冲击。最后通过负载变化和滤波参数摄动两个算例仿真,结果表明,与传统矢量控制和滑模控制相比,所提控制策略在复杂环境下具有更强的鲁棒性。     

Buck变换器的积分重构滑模控制

针对常见的滑模控制方案应用于DC／DC开关变换器中存在的问题,将基于积分重构的滑模控制方案用于连续导电模式下的Buck变换器输出电压校正,该方法只需反馈输出电压和开关位置,省略测量电感电流。给出了采用积分重构建立的滑模切换面的滑模存在区域和相平面上吸引区,通过基于平衡点的线性化小信号稳定性分析得到局部渐近稳定的充分条件。仿真和实验结果表明,此方法具有良好的启动性能和动态特性以及对负载大幅度突变具有稳定鲁棒性。     

三相 Z 源逆变器的最优滑模预见重复控制

针对微网逆变器带不平衡和非线性负载时三相逆变器输出电压电流谐波大的问题,提出一种最优滑模预见重复控制的 方法,实现对不平衡负载和非线性负载等非正常工况的快速响应和参考电压的高精度跟踪。 首先,在前馈补偿环节引入预见控 制器,并利用差分算子,设计包含目标值信号和滞后环节反馈的扩大状态误差系统,将逆变器的控制问题转化为线性离散系统 的调节问题;进一步,利用 Lyapunov 方法和线性矩阵不等式及最优控制器的设计方法,得到包含滑模控制、状态反馈、重复控 制、和预见补偿的最优滑模预见重复控制器。 实验结果表明,最优滑模预见重复控制带线性负载时电压波形畸变率从 3. 12%减 少到 0. 78%,响应时间从 10 ms 减小为 5 ms;其带非线性负载时电压波形畸变率从 6. 72%减少到 0. 92%,验证了所提方法的有 效性。     

三相电压型PWM整流器混合控制研究

针对三相电压型PWM整流器的非线性特点,提出了一种混合控制方案.电流内环采用滑模控制,根据指数趋近律算法设计两个滑模电流控制器.电压外环采用负载电流前馈补偿和输出直流电压反馈控制的方法.采用空间矢量脉宽调制方法生成整流器的开关信号.仿真结果表明:系统不仅具有良好的动态和稳态性能,而且对负载及系统参数扰动具有很强的鲁棒性.     

三相电压型并网逆变器滑模变结构直接功率控制

建立了三相电压型并网逆变器数学模型,在此基础上提出了一种基于滑模变结构的三相电压型并网逆变器直接功率控制策略,详细论述了控制策略原理及设计过程.该控制策略将滑模变结构控制器、直接功率控制和空间矢量脉宽调制技术相结合,不需要同步速旋转坐标变换即可实现恒定的开关频率,具有良好的稳态性能和快速的动态特性.在一台3 kVA的并网逆变器样机上进行了实验研究,结果证明了所提出的滑模变结构直接功率控制策略的正确性和有效性.     

基于用户侧微网单相逆变器的控制器设计

为解决用户侧微电网单相逆变器系统输出电压的谐频问题,考虑采用双反馈控制策略来进行系统控制器设计。针对在非线性负荷条件下采用PID控制器进行用户侧微电网单相逆变器控制,不能取得满意的谐频抑制问题,提出采用电压外环路伺服系统鲁棒性控制和电流内环路滑模控制相结合的控制设计。仿真结果表明,在不同负荷条件下用户侧光伏微电网单相逆变器系统输出电压总谐波失真低,瞬态响应快和渐近跟踪基准输出电压好,谐频效应减到最小。     

三相PWM整流器混合非线性控制研究

采用传统单一控制策略的三相PWM整流器性能难以满足工程实际日益提高的性能要求,该文提出了一种新型的混合非线性控制方法,综合利用滑模控制、输入及输出线性化控制、空间矢量调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制技术的优点。电压外环采用滑模控制,电流内环采用输入及输出线性化方法,并采用SVPWM技术对控制信号进行调制。基于该控制方案的系统具有以下突出优点：控制系统全局稳定,输出直流电压动态响应快,无稳态误差,对负载及系统参数扰动具有很强的鲁棒性;电流实现解耦控制,输入电流正弦,畸变率小,单位功率因数;直流电压利用率高,开关频率恒定,易于数字实现。数值仿真和实验验证了所提控制方案的正确性和优越性。     

滑模控制逆变器的分析与实验研究

对全桥型逆变器的滑模控制方案进行了分析，包括建立系统的变结构模型、选择滑模切换线和确定控制作用，给出可到达条件及滑模存在区域等。着重讨论了在实际电路设计中选择开关面系数和开关频率的原则，并且给出相应的设计程序。在此基础上进行了仿真研究并设计制作了实验样机，仿真及实验结果表明滑模控制全桥型逆变器的输出电压能够快速跟踪参考信号，在负载突变的情况下，输出电压表现出对扰动的不敏感性和较强的鲁棒性以及良好的动态特性。     

An integrated controller for high‐frequency LCLC resonant inverter with phase‐shifted control and frequency regulation

High‐frequency alternating current has an extensive application as a result of outstanding advantages. The aim of the study is to develop a high‐frequency power source to feed the auxiliary loads of vehicle application such as electric fans, blower motors, and lighting. A feasible implementation of high‐frequency power source is examined by a full‐bridge LCLC resonant inverter. The corresponding control scheme is proposed for the fourth‐order resonant inverter to confront the control challenges of low output harmonics and dynamic nonlinear load. Firstly, an analysis parameter S _r is defined to address the possible impacts of the varying operational frequency to output THD and ZVS features. Secondly, an integrated control scheme is presented to implement pulse‐width control at heavy load and frequency regulation at light load. Lastly, an experimental prototype is accomplished with the peak voltage of 35 V and the output power of 120 W. The accordance of experimental results and theoretical analysis testifies that the proposed control scheme can achieve the low harmonics and high conversion efficiency over a wide scope of operational conditions. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于扰动抑制的三相逆变器模型预测控制策略

为了提高三相逆变器的鲁棒性,设计了一种基于扰动抑制的模型预测控制(MPC)策略.新型MPC控制器采用了扰动观测器(DOB)以简化预测模型,同时具有无约束和有约束两种工作模式.无约束模式MPC控制下三相逆变器稳态电压可得到精准调节,而在约束模式下通过优化调制可使系统快速进入到无约束模式,这确保了在系统所有运行条件下的较优...     

微网虚拟同步发电机下的自适应滑模控制策略

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)通常用作微网逆变器中各种分布式电源的接口,以便使系统具有更大的惯性。负荷中的不平衡和非线性负载会对逆变器输出电压造成的影响。为此,设计了一种电压自适应滑模控制器。以VSG作为基础控制器,然后根据系统在αβ坐标系下的方程,将系统的负载电流作为扰动,设计自适应扰动补偿,使系统能在保持稳定的条件下,减少输出电压的抖振。最后,对控制策略进行仿真,结果验证了控制策略在电压不平衡与谐波抑制方面的有效性与鲁棒性,提高了微网逆变器输出电压的电能质量,减少了并联逆变器之间的环流。     

An active islanding detection scheme for inverter-based DG with frequency dependent ZIP–Exponential static load model

In this paper an analytical design method is proposed for constant voltage controlled inverter based DG with frequency dependent ZIP–Exponential static load model to obtain proper inverter output control and successful islanding detection. The proposed technique is aimed to eliminate the dependency of DG operation point on anti-islanding performance which is unavoidable in case of traditional control strategy. The generalized formulae are derived for calculating the upper and lower limits of the voltage gain, and it is recommended to select the voltage gain within the designed range for effective islanding detection. The proposed approach is tested in MATLAB/Simulink environment and result shows that the proposed scheme is found to be highly effective in islanding detection considering complex network configurations with single and multiple DG systems. The proposed control scheme is able to detect islanding within 10 ms (half cycle) from the event inception, showing the fastness of the developed technique. It is also observed that the percentage of voltage and current THD of the proposed scheme is within permissible limits, indicate that the power quality of the inverter is not degraded by the proposed control strategy, and thus overcomes the drawback of existing active anti-islanding techniques.     

包含同步发电机及电压源逆变器接口的微网控制策略

分布式电源(distributed generator,DG)并网接口方式有同步发电机组(synchronous generators,SG)接口和电压源逆变器(voltage source inverter,VSI)接口2类,文中提出了包含2种接口方式的微网控制策略。具有SG接口的DG通过其输出的有功功率和无功功率分别对微网的频率和电压进行下垂控制,具有VSI接口的DG通过输出电流的d、q分量分别对微网的频率和电压进行下垂控制。该控制策略可实现微网由联网运行模式向孤岛运行模式的平滑转换,并能够实现功率共享。具有SG接口的DG配置潜遗传变论域模糊控制电力系统稳定器后,可提高微网稳定性。仿真算例验证了该控制策略的有效性。     

配电系统电子电力变压器不对称负载仿真

配电系统中经常会出现不对称负载运行的情况，研究不对称负载情况下电子电力变压器的特性和控制策略，对于电子电力变压器在配电系统中应用有重要意义.通过分析原方系统和副方负载的要求，提出了一种简单而有效的控制方案：其输入级在d-q轴系中采用直流电压外环和交流电流内环的双环解耦控制，其输出级采用基于输出电压瞬时值反馈的双环控制.在Matlab/Simulink环境下建立了仿真模型，通过对空载、满载、单相负载、不平衡线负载和非线性负载等条件下的仿真表明，针对三相四线配电系统电子电力变压器所设计的控制方案，无论是在对称负载还是不对称负载条件下，电子电力变压器都能实现原方系统输入电流正弦和负荷侧供电电压恒定，具有良好的负载特性。     

基于伪滑模控制的模块化超导储能系统电网电压补偿算法

提出了一种基于伪滑模控制的模块化超导储能系统电网电压补偿算法。该算法以滑动模态为核心,采用具有滞环的变结构控制有效降低了标准滑模控制的抖动问题,使换流器能够快速补偿负载端电压凹陷并滤除电网谐波,保证电压敏感负荷在电压受到干扰的情况下正常工作。基于级联型换流器数学模型,分析了伪滑模变结构控制的工作特性及其与电路参数之间的关系。仿真结果表明,采用滞环伪滑模控制的超导储能系统能够在系统干扰较大的情况下保持控制的稳定性,迅速跟踪指令信号,动态响应时间在1ms之内,具有良好的鲁棒性与实时性。     

Nonlinear Adaptive Backstepping Controller Design for Three-Phase Grid-Connected Solar Photovoltaic Systems

A cascaded control structure is proposed in this paper for injecting active and reactive power in a three-phase grid-connected solar photovoltaic (PV) system by considering external disturbances. In the proposed cascaded control structure, there are two control loops—the outer loop voltage controller is used to ensure a continuous balance in power flow between the PV arrays and electrical power grid whereas the inner loop current controller controls the output current of the inverter. Moreover, the DC-DC boost converter is controlled to achieve a constant voltage at the input of the inverter. In order to obtain the power balance and extract maximum power, an incremental conductance (IC) based maximum power point tracking (MPPT) method is used in this paper. The current controller is designed using a nonlinear adaptive backstepping technique to regulate the active and reactive components of the grid current. The regulation of these currents towards desired values which in turn control the active and reactive power delivered into the grid. The overall stability analysis of the system is performed based on the formulation of control Lyapunov functions (CLFs). Finally, the performance of the designed controller is tested on three-phase grid-connected PV systems with single as well as multiple PV units under different environmental conditions and compared with an existing sliding mode controller. Simulation results confirm the effectiveness of the proposed adaptive backstepping control scheme and demonstrate the superior performance over the sliding mode controller.     

新型Buck逆变器研究及应用

提出了一种由双向Buck变换器组成的新型逆变器。该逆变器采用了两组独立对称的双向Buck电路,结合滑模控制策略,实现高性能的交流信号功率放大。文中给出了电路的工作原理,对新型Buck逆变器拓扑进行小信号建模和开环分析,并给出了滑模控制方案。滑模控制方案能有效克服系统参变量变化和外部扰动,充分发挥了响应快和鲁棒性强的优点。实验结果证明了分析设计的正确性。