BUCK型开关变换器分数阶PI~λD~μ控制研究

常规的PID控制策略已经很难满足DC-DC开关变换器高精度、高稳定性和快速动态调节特性的要求。分数阶PIλDμ控制器将传统的PID控制器的阶次推广到分数领域,它不但适合于分数阶系统,也适用于整数阶系统,并能够取得一些优于整数阶PID控制器的效果。最后给出了基于ITAE最优和遗传算法的PIλDμ控制器参数整定方法,并应用于Buck型变换器中。实验结果表明该控制器不仅能提高系统的控制品质,而且对系统参数的变化并不敏感,具有更灵活的结构和更强的鲁棒性。     

分数阶Buck变换器的最优pIλDμ控制

利用分数阶微积分理论建立Buck变换器的分数阶数学模型和分数阶状态平均模型,研究分数阶Buck变换器的电感分数阶次α、电容分数阶次β对其频域特性的影响。基于Buck变换器的分数阶模型,提出分数阶PI_λD_μ控制方法,构建基于电压型控制的分数阶Buck变换器反馈控制系统,利用遗传算法对分数阶PI_λD_μ控制器参数进行优化整定以获取系统最优控制性能,仿真实验结果表明系统在输入电压扰动、负载扰动下均获得良好的动态、稳态性能,对反馈控制系统参考电压扰动有良好的跟随性能,该方法可以改善分数阶Buck变换器系统的综合控制性能,提高系统的控制鲁棒性。     

永磁直线同步电机分数阶迭代学习精准位置控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统在执行重复性任务时会受到参数变化、外部扰动、端部效应等扰动影响而产生跟踪误差的问题,设计了PI~λD~μ分数阶迭代学习控制器(FO-ILC)。首先分析了影响PMLSM性能的不确定性因素,并建立数学模型。其次,利用分数阶微积分理论对PID型迭代学习律进行优化,设计了PI~λD~μ型FO-ILC。FO-ILC新增了两个可调参数,从而扩大了参数的整定范围,实现对被控对象的灵活控制,进而改善伺服系统的动态性能和稳定性。基于DSP的实验结果表明,与PID型ILC相比,所提出的控制方法能够使有效提高系统的动态性能及位置跟踪精度。     

基于改进粒子群算法的并网逆变器分数阶PIλDμ控制研究

针对整数阶PID控制器参数选择受限致使并网逆变器系统性能欠佳的问题,文中提出了一种基于改进粒子群算法的并网逆变器分数阶控制策略。分析了分数阶PI^λD^μ控制器的积分阶次λ、微分阶次μ对被控系统动态及稳态性能的影响;将分数阶PI^λD^μ控制器与电流双闭环、电网电压前馈控制相结合,提出一种基于分数阶PI^λD^μ控制器的并网逆变器的电流控制策略,并与传统整数阶PID控制策略进行比较;详细分析分数阶PI^λD^μ控制器的参数取值范围,并采用改进粒子群算法寻优参数。仿真结果表明,采用分数阶PI^λD^μ控制,增强了控制系统的灵活性,降低了并网电流总谐波畸变率,改善了系统的动态性能,提高了系统的电网扰动抑制能力。     

基于改进粒子群算法的BLDCM分数阶速度控制器的研究

分数阶PI~λD~μ控制器具有5个控制参数,相比于传统PID控制器具有更高的控制精度及灵活度。将分数阶PI~λD~μ控制器应用于BLDCM调速系统可有效提高其性能指标。但由于增加了控制参数λ和μ,参数整定难度也相应提高。提出一种通过改进的粒子群算法对分数阶PI~λD~μ控制器参数寻优的方法,并引入自适应权重策略和混沌局部搜索策略来克服普通粒子群算法容易陷入局部最小解及收敛速度慢的不足。仿真和系统实际运行效果都证明该方法的可行性。     

R-L分数阶CISM SIDO Buck变换器的建模与交叉影响分析

为建立更契合真实特性的变换器模型,采用R-L分数阶微积分理论和状态空间平均法,建立了完全电感供能模式（complete inductor supply mode,CISM）下单电感双输出（single-inductor dual-output,SIDO）Buck变换器的R-L分数阶模型,推导其直流稳态、电感电流纹波以及电压纹波的解析式,总结出与分数阶阶次的关系;根据独立电压控制（independent voltage-feedback controlled,IVF）下SIDO Buck变换器分数阶建模的小信号模型,通过波特图对比分析了整数阶与分数阶建模的交叉影响。在PSIM中搭建了分数阶CISM SIDO Buck变换器电路,仿真实验结果验证了分数阶建模及其交叉影响理论分析的正确性。     

Boost变换器全分数阶化系统分析与控制性能研究

实际存在的系统大多具有分数阶特性,利用分数阶微积分理论对原系统进行建模能够更加准确地描述系统行为,并且用分数阶PID控制器代替整数阶PID控制器可以获得更好的系统性能。首先利用Oustaloup算法对s0.8进行5阶拟合,进而构建出5阶拟合的分数阶电感电容模型,相比10阶模型得到简化。在建立了Boost变换器的分数阶数学模型基础上,采用分数阶PID控制器形成了电压电流双闭环的Boost变换器全分数阶化系统。利用MATLAB软件对分数阶电路模型、分数阶数学模型以及全分数阶化系统进行仿真。研究结果表明,分数阶模型可以更准确地描述Boost变换器特性,分数阶PID控制的全分数阶化系统具有良好的稳态和动态性能。     

锅炉-汽轮机系统的分数阶控制器设计

将分数阶微积分用于系统控制已引起控制学界的广泛关注。分数阶PIλDμ.控制是传统PID控制的推广与发展,积分阶次λ和微分阶次μ的引入使得分数阶控制器具有更灵活的结构和更强的鲁棒性。分数阶PIλDμ控制器对对象参数变化不敏感,对非线性有很强的抑制能力。将分数阶控制器用于多变量非线性控制系统的设计,针对输入受限和不确定性的非线性MIMO锅炉-汽轮机系统设计分数阶PIλDμ控制器,控制器参数整定采用粒子群优化算法。仿真结果表明,获得的分数阶PIλDμ控制器在大范围负荷变化及存在参数、结构不确定性时均能取得满意的控制效果,显示良好的适应性及鲁棒性,与传统PID控制器相比具有明显优势。     

三相电压型PWM整流器分数阶PID直接功率控制

研究了一种基于分数阶PID控制器的三相电压型PWM整流器直接功率控制方案,在瞬时功率理论的基础上设计了功率内环、直流电压外环的控制结构.由于基于整数阶PI控制器的抗扰性能差且对系统参数变化较敏感,在直接功率控制方法的直流侧电压控制环节引入分数阶PID控制器进行直流侧电压控制,根据系统功率模型采用分数阶控制器频域设计方法设计了分数阶P1D控制器.仿真实验证明,分数阶PID控制方案优于PI控制方案,具有良好的动态性能和较强的鲁棒性,响应速度更快,控制结果更精确.     

电动汽车双向DC-DC变换器分数阶PIλ控制

针对电动汽车复合储能系统中两相交错双向DC-DC变换电路,基于分数阶微积分理论,在电能流动的两个方向中,均采用超级电容电流内环、输入电压外环的双闭环控制策略,为每环设计分数阶PI^λ控制器。通过建立双向变换电路不同工作模式下的小信号数学模型,依据穿越频率和转折频率特性对各分数阶控制器的三个参数进行整定。通过Matlab/Simulink分别搭建整数阶控制和分数阶控制下的电路仿真模型,对比分析变换器在不同控制作用下的稳态性能和动态性能,结果表明:分数阶控制时,变换器输出电压可更快到达稳态值,在电动汽车负载变化迅速的情况下,更具优越性。     

六相无刷直流电机分数阶PI~λ控制的分析与仿真

建立分数阶PI~λ的逼近公式,在MATLAB/Simulink的环境下,搭建分数阶PI~λ和普通PI转速控制系统的六相无刷直流电机仿真模型。结果表明,相比于普通PI控制,当分数阶PIλ控制在阶次值为0.5~0.9的范围内时,不仅能够更加快速、精准地跟踪给定速度,并且对负载扰动及参数变化具备更好的抗扰能力和稳定性。通过分析对比不同阶次下电机的波形,确定出0.5~0.9之间PIλ控制器的最佳阶次值为0.8。     

基于DMC-PID的Buck型DC/DC变换器的输出特性控制

基于Buck型DC-DC变换器动态响应速度较慢、抗扰动能力差的现状,提出了基于输出电压微分-单周控制Buck型DC-DC变换器数学模型的DMC-PID控制方法。该算法将DMC算法与PID算法相结合,充分发挥PID抗干扰性和DMC对惯性、延迟适应能力强的优点。为验证在PID与DMC结合时所采用的串联与并联两种不同的控制方法的控制效果,针对不同工作状态对系统进行了仿真。结果表明:DMC-PID并联控制系统总体性能优于DMC-PID串级控制系统,但两种控制方案都具有较强的鲁棒性及良好的抗扰动性能,能够提高系统的动、静态性能指标。     

具有快速瞬态响应和宽稳定范围的交错并联Buck变换器恒流控制技术

将电荷控制与4相交错并联Buck变换器相结合,应用于恒流输出场合,拓宽了变换器的稳定范围,提高了变换器的瞬态响应速度;将其与峰值电流控制的4相交错并联Buck变换器进行对比,建立并统一了两者的小信号模型。在统一模型的基础上,分析了2种控制方法下变换器的稳定性和瞬态性能,从理论上证明了在没有添加斜坡补偿的条件下,电荷控制比峰值电流控制具有更宽的稳定范围和更优的瞬态性能。最后通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。     

ZPETC及其在Buck变换器中的应用研究

将零相位误差跟踪控制（ZPETC）引入到Buck变换器中,详细介绍了ZPETC的工作原理,给出了Buck变换器的数学模型,并对ZPETC控制的Buck变换器进行了仿真,仿真结果表明ZPETC能够实现无相位差和无超调的快速跟踪控制效果。该控制算法易于实现,改进了传统PID的控制性能,具有一定的理论意义和应用前景。     

基于RBF神经网络的Buck变换器设计

鉴于传统Buck变换器的非线性和复杂性,采用传统的PID控制器难以获得理想的控制性能,因此设计了一款基于RBF神经网络的Buck变换器。RBF神经网络能够根据检测到的输入电压以及负载的变化来控制PWM发生器,调节占空比的大小,从而维持输出电压的稳定。利用MATLAB软件编程进行仿真,仿真结果表明,在Buck变换器的输入侧加入波动范围-100 V～100 V的高斯白噪声以及在负载电阻发生大范围的变化的情况下,Buck变换器仍然可以保持输出电压的稳定,整个控制系统具有较好的抗干扰能力与稳定性,动态响应也非常理想。     

双频Buck变换器参数对系统性能的影响

双频Buck变换器中有两组不同开关频率的功率器件,其中一组工作在高频,用于提高动态响应速度和稳态精度;另一组工作在低频,对高频Buck单元中的电流分流,承担输出功率的任务,同时可以降低损耗。双频Buck变换器可以在提高系统性能的同时提高系统效率,适合于大功率场合的应用,其高低频率及参数对系统性能有重要影响。本文对双频Buck变换器中的高低频率、电路参数对系统性能的影响进行了理论分析,确定了参数设计原则。结果表明,双频Buck变换器的稳态和动态性能与单个高频Buck变换器相同。大量的仿真结果和实验证明了理论分析的正确性。     

双频Buck变换器参数对系统性能的影响

双频Buck变换器中存在两组不同开关频率的功率器件,其中一组工作在高频,用于提高动态响应速度和稳态精度;另一个组工作在低频,对高频Buck单元中的电流分流,承担输出功率的任务,同时可以降低损耗.双频Buck变换器可以在提高系统性能的同时提高系统效率,适合于大功率场合的应用,其高低频率及参数对系统性能有重要影响.文中对双频Buck变换器中的高低频率、电路参数对系统性能的影响进行了理论分析,确定了参数设计原则.结果表明,双频Buck变换器的稳态和动态性能与单个高频Buck变换器相同.大量的仿真结果和实验证明了理论分析的正确性.     

V2C 控制 Buck 变换器输出电容 ESＲ 临界值研究

针对输出电容等效串联电阻对变换器性能具有较大影响,以 V2C 控制 Buck 变换器为例,建立了其分段线性模型,推导了 Jacobi 矩阵及其特征根,给出了变换器由稳定变为不稳定时 ESＲ 的临界值。研究结果表明,V2C 控制在V2控制中引入电感电流反馈,增大了稳定工作范围。所得结论可以对分布式发电系统中 DC － DC 变换器设计和器件 选型提供指导。     

双频Buck变换器参数对系统性能的影响

双频Buck变换器中存在两组不同开关频率的功率器件，其中一组工作在高频，用于提高动态响应速度和稳态精度；另一个组工作在低频，对高频Buck单元中的电流分流，承担输出功率的任务，同时可以降低损耗。双频Buck变换器可以在提高系统性能的同时提高系统效率，适合于大功率场合的应用，其高低频率及参数对系统性能有重要影响。文中对双频Buck变换器中的高低频率、电路参数对系统性能的影响进行了理论分析，确定了参数设计原则。结果表明，双频Buck变换器的稳态和动态性能与单个高频Buck变换器相同。大量的仿真结果和实验证明了理论分析的正确性。     

FOPID-GPC算法在电厂过热蒸汽温度控制中的应用

为了克服在过热蒸汽温度控制中对象参数变化对控制效果的影响,将分数阶PID(FOPID)控制与广义预测控制(GPC)算法相结合,构成了分数阶PID型FOPID广义预测控制(FOPID-GPC)算法。该算法的参数设置与传统的整数阶PID广义预测控制算法的参数设置具有一定的相似性,并增加了积分阶数和微分阶数2个可调参数,该参数的取值对控制系统的性能具有很大的影响。仿真结果表明,FOPID-GPC算法使控制系统具有超调量小、调节时间短、能够快速跟踪系统变化的特点,提高了控制系统动态性能,能够较好地将蒸汽温度控制在设定值附近。