矩阵式变换器驱动异步电机调速系统的非线性自抗扰控制

相对于传统的脉宽调制(PWM)型变频器,矩阵式变换器驱动异步电机调速系统具有一系列优势,如不需要直流储能元件,高输入功率因数和能量双向流通能力.但是,由于矩阵式变换器的直接变换特性,异步电机系统的调速性能易受到矩阵式变换器输入侧电压扰动的影响.本文将一种具有良好鲁棒性的非线性自抗扰控制器(ADRC)应用于矩阵式变换器驱动异步电机调速系统,设计了控制器的结构和参数,用其代替了传统的比例-积分(PI)调节器.在调速系统中,非线性自抗扰控制器对由外部扰动和模型不确定性引起的内部扰动进行估计和补偿.仿真结果表明,采用上述非线性控制器提高了调速系统在矩阵式变换器输入电压非正常工况下的抗干扰能力,并改善了异步电机的动态调速性能.     

基于LMI的永磁同步电机鲁棒H∞自补偿滑模控制

针对传统矢量控制方案由滑模增益选择保守造成抗负载扰动与参数摄动等不确定因素的鲁棒性差的问题,设计了基于线性矩阵不等式(LMI)的鲁棒H_∞滑模速度控制器和电流控制器。在速度控制器设计中,将求解H_∞状态反馈控制器增益问题转化为求解具有约束条件的LMI问题,从而求出H_∞状态反馈控制器增益,构成滑模面。在此基础上,设计出基于范数有界的滑模控制律,使系统状态可以实现有限时间内到达所需滑模面。在电流控制器设计中,同理设计出滑模面与滑模控制律,对于滑模控制律中的复合项采用自适应方式进行估计,消除了滑模开关增益选择的保守性。仿真与实验验证了所提控制策略的有效性。     

柔性直流附加鲁棒阻尼控制器设计

针对包含柔性直流(VSC-HVDC)的交直流互联系统区间低频振荡现象,提出把基于线性矩阵不等式的多目标控制方法应用到柔性直流附加控制中。具体包括运用最小二乘旋转不变方法(TLS-ESPRIT)辨识出系统降阶模型,综合考虑控制器的鲁棒性和控制代价,设定多目标函数,设计出H₂/H_∞多目标鲁棒附加阻尼控制器,并设计传统极点配置控制器进行比较。在PSCAD/EMTDC中搭建包含柔性直流的四机两域电磁暂态模型,特征值分析和时域仿真结果表明:在系统内部参数发生较大变化情况下,多目标鲁棒阻尼控制器具有更好的阻尼特性,并兼顾了控制器的控制代价。     

DC/DC变换器的一种无源化控制方案

针对DC/DC开关变换器的非线性控制问题,在电流连续型Buck变换器仿射非线性模型的基础上,通过非线性坐标变换,得到其标准链式结构,采用非线性系统无源化方法设计出系统的反馈镇定控制器,得到了一种无源化控制方案。仿真结果表明,所设计的控制器对负载扰动具有很强的鲁棒性,且控制器简单易实现,实现了对Buck变换器中电感电流和电容电压的有效控制。     

基于LMI的时滞系统的分布式H∞负荷频率控制

针对具有传输时滞的多区域互联电网提出一种基于线性矩阵不等式的分布式H_∞负荷频率控制策略。将传输时滞引入到负荷频率控制系统中，并建立新的数学模型；采用H_∞方法，利用积分不等式来解决信号传输时滞问题，考虑链路故障或者调峰调频的不定因素，提出通信矩阵进行建模，完成切换拓扑下分布式H_∞控制器的线性矩阵不等式设计。仿真结果表明，策略提高了整个系统对传输延时问题和切换拓扑情况的鲁棒性，具有更低的保守性。     

基于遗传算法的Boost变换器协同控制器设计

由于Boost变换器是一个非线性时变系统,使得控制器的设计遇到了一定的挑战。为改善Boost变换器的控制性能,本文设计了一种基于协同控制理论的控制器,并利用遗传算法对控制器参数进行优化。仿真和试验结果表明,该控制方法具有较好的启动特性,并对系统参数及负载的变化具有很强的鲁棒性。     

考虑气动系统的高速受电弓分层控制

针对气动系统动态特性影响受电弓主动控制精度的难题,提出一种计及响应时间延迟的分层控制策略。上层控制器采用混合H₂/H_∞鲁棒控制策略。根据设定的受电弓运行状态的3个性能指标,构建多目标状态反馈控制律。通过求解线性矩阵不等式,得出主动控制力;下层控制器基于内模控制（IMC）理论,采用遗传算法,建立气动系统的一阶等效简化模型,设计仅与单一参数相关的内模-比例积分微分（PID）控制器。加快对上层控制器输出控制值的跟踪速率。通过列车不同运行速度下的仿真计算,验证了分层控制器的有效性和鲁棒性。仿真结果表明,下层控制器能够有效减少响应时间,明显改善气动系统的响应延迟。相比于传统单层控制,分层控制的接触力标准差下降率提高10%左右,有效抑制了弓网耦合振动,提高了高速弓网受流质量。     

基于非线性PID控制理论的单相PWM整流器研究北大核心

在单相电压型PWM整流器的控制方面,基于传统线性控制理论所设计的电压环PI控制器存在着系统动态性能差、参数整定困难等缺点。文章首先以单相电压型PWM整流器的双环控制为基础,对PWM整流器模型进行数学分析,然后引入新的非线性函数对电压环的控制性能进行优化,进而提出了一种单相PWM整流器的电压环非线性PI控制器控制方案。最后利用MATLAB软件搭建仿真平台,与传统PI控制器的仿真对比表明该方案不仅计算简单易于实现,系统的动态性能好而且还能进一步增强系统的抗干扰能力。     

基于状态反馈线性化的矩阵变换器非线性控制

针对矩阵变换器输出电流易受电网电压、负载不对称影响的问题,设计了一种基于状态反馈线性化的矩阵变换器非线性控制器,实现对输出电流的实时准确的跟踪。根据矩阵变换器的拓扑结构,构建矩阵变换器的输出端数学模型。利用Park变换将该数学模型变换为标准的仿射非线性系统,构建了反馈线性化控制器。利用MATLAB/Simulink将采用所设计的控制器的矩阵变换器与传统矩阵变换器进行仿真对比。仿真结果表明,设计的控制器有效地改善了系统在三相输入电压不对称、三相负载不平衡的非正常工况下的输出电流性能。将设计的控制器应用在搭建的矩阵变换器样机上,样机调试结果进一步说明了所设计的控制器的可行性。     

基于非线性PID控制理论的单相PWM整流器研究

在单相电压型PWM整流器的控制方面,基于传统线性控制理论所设计的电压环PI控制器存在着系统动态性能差、参数整定困难等缺点。文章首先以单相电压型PWM整流器的双环控制为基础,对PWM整流器模型进行数学分析,然后引入新的非线性函数对电压环的控制性能进行优化,进而提出了一种单相PWM整流器的电压环非线性PI控制器控制方案。最后利用MATLAB软件搭建仿真平台,与传统PI控制器的仿真对比表明该方案不仅计算简单易于实现,系统的动态性能好而且还能进一步增强系统的抗干扰能力。     

一种用于矩阵变换器的简化非线性自抗扰控制策略

矩阵变换器的电力直接变换特性使其输出侧性能极易受扰动影响,所以对矩阵变换器系统采取控制是非常必要的。由于矩阵变换器的非线性、多变量和参数时变性使其数学模型不能被确定,因此在内外部扰动不稳定的条件下,设计PI常数的单闭环控制系统并不那么成功。将一种与对象模型无关的自抗扰控制器应用于矩阵变换器系统,并且为解决自抗扰控制器控制模块的不光滑非线性函数导致矩阵变换器系统输出量谐波成分增大的问题,在自抗扰控制器的基础上,改进了自抗扰控制器模块的非线性函数并简化了其控制环。实验结果表明:当该自抗扰控制器用于矩阵变换器系统控制调节时,无论是在电网输入侧本身存在谐波污染的条件下,还是电网电压非正常工况条件下,其控制效果都优于PI控制。     

基于互联和阻尼分配跟踪的孤岛微电网非线性电压功率控制

针对孤岛微电网中分布式电源变换器应对大扰动能力差、扰动过程中电压和功率波动大、且无法回到原始运行状态等问题,该文提出了一种适用于孤岛微电网中多分布式电源变换器的非线性跟踪控制方法。该控制方法基于同步参照系（synchronous reference frame, SRF）中的互联和阻尼分配无源控制器（interconnection and damping assignment passivity-based controller, IDA-PBC）进行设计,该控制器负责控制微网内功率转换装置（power conversion units, PCU）的动态特性。PCU包括DC/DC升压变换器通过互连电容与DC/AC逆变器耦合,并通过LC滤波器连接到电网。该控制器使 PCU在系统运行点变化期间平滑地抑制电压/电流和有功/无功功率的变化,同时精确地跟踪由下垂控制器产生的参考指令。最后,在多源孤岛微网上对PCU进行了时域仿真分析,将所提方法与PI控制器以及现有非线性控制策略进行比较,仿真结果表明,所提方法能较好地抑制大扰动下微网的电压、电流以及功率波动,控制效果明显优于PI控制和其他非线性控制。     

一种基于非线性传递函数的变结构控制

针对工作范围广，参数变化大的非线性系统，为了改进非线性控制器的鲁棒性能，本文提出了一种基于非线性传递函数的非线性变结构控制器设计方案，并利用这种方法设计了某激光制导炸弹控制通道的控制器。仿真结果证明，该方案动态响应快，鲁棒性强，跟踪效果良好。     

DC/DC变换器基于状态反馈精确线性化的Backstepping控制器设计

DC／DC开关变换器是一类典型的开关非线性系统。本文首先建立CCM（电流连续型）Buck变换器的仿射非线性模型,基于非线性系统的微分几何理论,通过非线性坐标变换和状态反馈,得到Buck变换器的精确反馈线性化模型。在此基础上应用线性系统Backstepping（反向递推）设计方法构造Lyapunov函数和镇定控制器,从而实现了对电感电流和电容电压的有效控制。仿真结果表明,该方法设计的控制器对输入电压扰动和负载扰动具有良好的鲁棒性,且控制器简单易实现。     

基于电流模式的DC／DC升压变换器非线性PI控制

为改善DC／DC升压变换器的控制性能,在电流模式控制的基础上,设计一个非线性PI控制器对输出电压进行调节。控制器包含两部分,一部分为电感电流的比例控制,可以保证被控系统的稳定运行;另一部分为电容电压的线性比例控制和非线性积分控制,可以保证输出电压准确跟随期望电压。该控制器保留了电流模式控制的优点,结构简单,易于实现,并能克服系统非最小相位特性对控制性能的影响。同时,由于引入了输出电压的非线性积分,可以有效缩短过渡过程,提高稳态精度,并对参数变化有着很强的鲁棒性。对某DC／DC升压变换器的实验结果表明,所提控制器是可行的。     

DCM Boost变换器随机PWM非脆弱H_∞控制

引入两模态马尔科夫链随机PWM策略到DCM Boost变换器,推导建立了变换器的离散随机跳变模型,并基于随机跳变系统非脆弱H∞控制理论为Boost变换器设计了非脆弱H∞控制器,利用Simulink软件平台设计仿真电路进行验证。仿真分析表明,设计的控制器改善了Boost变换器的EMI品质,对控制器参数摄动表现出非脆弱性,使整个变换器系统具有较好的鲁棒性。     

轻型直流输电系统鲁棒非脆弱H∞控制器设计

建立了轻型直流输电系统dq0坐标系下的电压源型换流器被控对象的状态空间方程,考虑到模型参数的不确定性和不确定系统的控制器参数在一定范围内发生加性范数有界摄动的情况。利用线形矩阵不等式（LMI）方法对鲁棒非脆弱H∞状态反馈控制器的设计进行了研究,然后分别对输电系统整流侧和逆变侧设计了鲁棒非脆弱H∞控制器。最后建立了MATLAB仿真模型,将所设计的控制器与H∞控制器进行仿真分析,仿真结果表明所设计的控制器具有良好的非脆弱性和鲁棒性。     

基于ADRC的LCC-S谐振型无线充电副边闭环控制研究

针对磁耦合谐振式LCC-S无线充电系统工作过程中易受外界或自身参数扰动的影响导致输出电流、电压偏离目标值的问题，以及如何快速准确地对扰动情况做出反应，提出一种基于自抗扰控制ADRC（active disturbance rejection control）的副边恒流恒压二段式闭环控制方法。首先，通过电路分析研究了LCC-S型谐振网络的输出特性与系统参数的关系；其次，为实现闭环精准调控系统输出，建立副边Buck变换器的状态方程模型，并根据模型设计ADRC中跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈；最后，搭建基于ADRC的无线充电实验平台，在多参数扰动下比较ADRC控制器与PI控制器的控制效果,结果表明，ADRC控制器表现出更好的动态调节能力。     

自抗扰控制及其在DC-DC变换器中的应用

本文将自抗扰控制引入DC-DC变换器中,详细介绍了自抗扰控制器的原理和结构,并提供了调制Buck-Boost DC-DC变换器的仿真参数及硬件电路实验.通过对该变换器模型参数改变和外部扰动的仿真和实验研究,证明自抗扰控制对电力电子变换器这类非线性系统和不稳定对象具有良好的控制效果,对其外扰及对象模型参数的变化具有良好的适应性和鲁棒性.此方法不仅克服了经典PID控制的缺点,又保留了其结构简单,鲁棒性强的优点,是一类很有发展前景的控制策略.     

发电机非线性励磁连续变结构控制器的研究

本文深入研究了一种连续变结构控制规律,进一步讨论了其稳定性和特点,它保留了传统变结构控制的优点,并较大地增强了鲁棒性且克服了颤振问题。将该方法引人到电力系统,设计了发电机励磁非线性连续变结构控制器。数字仿真结果显示了该控制规律可以显著地改善系统的动态特性,同时具有较强的鲁棒性,表明了所提控制规律的有效性。