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。     

基于数字控制延时的LCL型并网逆变器强鲁棒性加权平均电流控制策略

加权平均电流(WAC)控制因其对LCL型并网逆变器固有的降阶特性而备受关注,通过对逆变器控制系统的环路增益进行零极点对消,达到将三阶系统降为一阶系统的目的。但是,传统WAC控制未充分考虑数字控制延时对系统造成的影响,数字控制延时的存在导致系统无法进行理想降阶,并网逆变器对弱电网的鲁棒性较差。鉴于此,提出了一种基于数字控制延时的LCL型并网逆变器强鲁棒性WAC控制策略,在耦合点电压前馈通道引入一阶高通滤波器,进而对系统反向谐振峰进行完全补偿,以提高并网逆变器对弱电网的适应性。最后,通过仿真分析验证了所提控制策略的有效性。     

基于DSP的有效消除数字控制延时的UPS逆变器多环控制策略

基于逆变器离散动态模型提出了一种高性能UPS逆变器多环控制方案,在数字控制UPS逆变器中,控制延时是限制其动态性能的一个重要因素,本文详细分析了不同控制延时对多环控制逆变器性能的影响,比较了各种消除逆变器控制延时的方法,采用了更改PWM有效模式的方法以有效消除控制延时,该方法简单可靠,不会涉及预测误差,并且很容易用DSP控制器实现。控制延时的有效消除极大改进了逆变器系统的稳定性和鲁棒性。此外,内外环增益通过无差拍控制理论确定以实现快速动态响应。将本文提出的控制策略应用于16位定点DSP控制的3.3kVA的逆变器样机中,并对比了传统的多环控制逆变器系统,仿真和实验结果表明,本文提出的控制方法能实现非线性负载下低THD(<1.9%),快速动态响应,适用于线性和非线性负载。     

中频逆变器数字控制延时的线性化近似

为了对逆变电源的控制系统进行准确设计,分析了数字控制延时对逆变器系统性能的影响,并采用Pade近似的方法对其进行近似。首先,给出了延时环节的1~4阶Pade近似,并对相关频率特性进行了比较,Pade阶数越高,近似越精确,但系统越复杂;然后,对一个单相400 Hz逆变器的控制系统进行了设计,采用比例谐振控制,通过对数字控制延时进行Pade近似,提出了考虑延时环节的比例谐振控制器设计方法;最后,通过实验对理论分析进行了验证。实验结果与理论分析相一致。     

提高动态电压恢复器控制性能的立即刷新方法

数字控制系统因其固有的控制延时问题,严重影响了控制系统的稳定性及带宽.动态电压恢复器(DVR)需要对系统的电压暂降进行毫秒级的快速补偿,对系统的动态特性和鲁棒性的要求尤其严格.此处提出一种双采样单立即刷新的方法,可以有效地消除计算延时,并将数字控制延时减小到0.5拍脉宽调制(PWM)更新延时,提高了系统的控制性能和鲁棒性.重点分析了双采样单立即刷新方法在三相三电平拓扑中的应用,并建立了DVR系统的数学模型,对采用双采样单立即刷新方法的数字控制延时特性进行了研究,并分析了其对控制系统稳定性和动态特性的影响.最后搭建了一台100 kW三相三电平DVR样机,实验结果验证了提出的方法的有效性.     

基于占空比预测与零极点结合的LCL型逆变器延时补偿方法

LCL型并网逆变器数字控制中延时环节对系统稳定性的影响不可忽略。分析发现,网侧电流数字单环鲁棒性不足,需要采用额外的有源阻尼方法增强阻尼,但传统的数字电容电流反馈有源阻尼方法带来了内环数字延时,使电容电流内环等效虚拟电阻不再保持纯电阻特性,增大了系统保持稳定的难度,因此提出一种预测占空比结合零极点补偿控制延时的方法。通过预测控制算法得到占空比和增加零极点,有效地补偿了系统数字延时,消除了采样计算等产生的一拍延时和零阶保持器产生的半拍延时,使系统在有源阻尼方法下能有效地起到增强阻尼的作用。算法设计简单,系统稳定性加强。仿真和实验验证了所提方法的有效性和可行性。     

基于自适应滤波算法的整流器电流预测控制

应用数字芯片控制的三相PWM整流器由于电流采样延时和计算延时而造成系统稳定裕度变小、动态性能变差。为解决这个问题,提出了应用变步长自适应滤波算法的电流预测控制。首先,以三相PWM整流器数学模型为基础,分析了数字延时对系统性能的影响。其次,介绍了变步长自适应滤波算法的基本原理,并将此原理应用于电流信号预测。再次,给出基于上述算法的三相PWM整流器电流预测控制的结构框图。仿真和实验结果表明,由于采用了电流预测控制,消除了延时的影响,使电流环稳定范围增大,同时具有更好的动态性能。     

内模网络控制系统稳定性

在网络控制系统中随机延时的存在使系统的性能变差甚至不稳定.本文重点分析内模网络控制系统中存在的延时对系统性能的影响;从连续系统、状态空间的角度出发利用劳斯稳定性判据、李亚普诺夫方法判断系统的稳定性,给出了保持系统稳定的最大允许延时阈值.为了使内模网络控制系统获得良好的性能,在内模网络控制系统中加入延时预测环节,并分析了延时预测对系统稳定性的影响.仿真表明本文提出方法的有效性.     

400Hz逆变电源全数字控制系统研究

传统的逆变电源控制方案在数字化实现过程中受到采样延时、计算延时以及电磁干扰等诸多因素的影响,在一定程度上限制了数字控制逆变电源性能的进一步提高.由于受采样控制的实时性限制,400Hz逆变器实现数字控制比工频逆变器更为困难.采用基于DSP的全数字化三闭环控制程序实现方案,设计了程序的软硬件,并深入研究了实现过程中出现的问题.最后研制了全数字控制的单相逆变电源试验样机.实验结果表明,该逆变系统有较快的动态响应、高稳压精度以及小的输出电压谐波畸变率.     

基于复矢量的异步电机电流环数字控制

定子电流环控制在异步电机矢量控制系统占有非常重要的地位,直接关系牵引系统的转矩控制快速性和系统稳定性。然而,在大功率牵引传动系统中,为了降低开关器件的损耗,往往牵引逆变器的开关频率只有几百赫兹,这使得电流环带宽受限;另一方面控制环路中存在较大的延时,加剧了交流感应电机dq轴电流的交叉耦合程度,进一步降低了电流环的性能,严重时甚至导致系统不稳定。为了克服这些问题,进一步提高牵引感应电机的动态性能,首先在复矢量概念基础上,建立精确的含有延时在内的逆变器供电的异步电机的离散数学模型,接着分析了延时对异步电机数字矢量控制的影响,得到了克服延时的控制思路。在此基础上,在离散域中利用零极点对消原理,得到基于复矢量的电流数字控制算法。实验结果表明,在电机低开关频率数字矢量控制系统中的电流环中引入基于复矢量的纯数字控制算法,有效提高了电机的动态性能。     

谐振注入式有源滤波器数字化控制系统延时研究

有源电力滤波器作为动态谐波治理装置对系统实时性的要求很高，其数字化控制系统中存在的延时将不可避免地对系统整体性能产生消极影响。该文以目前有实用先例的谐振注入式有源滤波器为例，从分析数字化有源滤波系统产生延时的原因出发，就谐波补偿效果、系统稳定性和PWM调制3方面探讨了延时对谐振注入式有源滤波系统性能产生的影响，同时结合实例提出从器件选型、提高采样频率和应用信号预测算法3个方面有效减小延时以提高系统整体性能的方法，所得的结论也能够推广应用于其它结构的并联混合型有源滤波装置中，为其设计和参数选型提供有益的指导。     

数字控制时延对扰动观测器性能的影响

数字控制中时间延迟问题会给系统的性能造成一定的影响。文章将分析带有扰动观测器的伺服系统户时间延迟对系统稳定性、鲁棒性以及抗扰动性能的影响。     

LCL并网逆变器的单逆变器侧电流控制性能分析

对LCL滤波并网逆变器来说,单逆变器侧电流闭环控制实现较为方便,但是控制延迟导致系统仍存在欠阻尼谐振甚至不稳定。无源阻尼方法虽可实现优良的电流控制性能,但会导致额外的功率损耗;附加数字滤波器的有源阻尼方法具有改善系统稳定性的能力,但是数字滤波器在非谐振频率处的幅值以及相位特性影响控制性能。以无源阻尼方法下系统性能为基准,对比了已有的逆变器侧电流闭环控制有不同的谐振频率同控制频率的比值条件下的性能,结果表明在一拍采样与计算延迟下,已有的单逆变器侧电流闭环控制难以兼顾系统稳定性、动态特性以及鲁棒性,附加数字滤波器的有源阻尼方法具有较大的局限性。     

一类网络控制系统的建模与稳定性分析

针对一类具有不确定网络诱导时延和线性控制对象的网络控制系统,通过将网络诱导时延描述为一个常值再叠加一个不确定值的形式,重新描述了采样控制系统的数字控制器,将网络控制系统建模为一类具有不确定时延的连续时间系统.利用Lyapunov方法和线性矩阵不等式技术,推导出了闭环系统渐进稳定的充分条件.与已有的结果相比,所提出的算法具有更低的保守性,并通过一个数值算例验证了所提出算法的有效性.     

有源滤波器控制延时的新型补偿方法

有源滤波器的控制对实时性要求很高,控制延时情况的存在对谐波治理效果影响较大,其中可控器件的死区效应和数字化控制器存在是延时的两个主要方面。本文首先分析延时对系统控制的影响,然后根据重复控制能够消除稳定闭环内所有周期性误差的特点,提出采用改进的重复控制技术进行补偿的方法来有效减小延时以提高系统整体性能的方案。仿真和实验结果验证了延时对控制的影响以及补偿方法的有效性。     

能量回馈型同相供电系统的单相PWM整流器研究

针对能量回馈型同相供电系统中单相H-H功率单元的PWM整流器,提出了一种电压、电流前馈的双闭环控制策略。同时,针对大功率、低开关频率应用场合,给出了一种调制方法,解决系统延时带来的控制性能下降问题。最后,基于数字信号处理器(DSP)与复杂可编程逻辑器件(CPLD),构建了兆瓦级单相PWM整流器硬件装置。实验结果表明,系统运行稳定,动、静态性能符合指标要求。     

基于电流环复合控制的有源电力滤波器

针对有源电力滤波器电流环单纯数字PI控制补偿性能有限.提出基于数字PI控制和数字重复控制的复合控制系统.将PI控制器和重复控制器并联在控制系统电流环的前向通道,共同对系统的输出产生影响.利用数字PI控制改善系统的动态特性,利用重复控制改善系统的稳态跟踪性能.提出电流环PI控制器、重复控制器和复合控制系统的结构,并在同步旋转坐标系下,对其进行控制性能分析,详细推导和分析复合控制系统中重复控制器的设计方法、补偿性能及稳定性.进行三相并联型有源电力滤波器的研制和试验研究,结果证明该控制器在稳态运行时能将电网电流的THD值从30%降到3%,而其动态性能尽管有低通滤波器的影响也仅有半个基波周期(10ms)的延时.理论分析、仿真结果和试验结果均证明所提出的基于数字PI控制和数字重复控制的三相并联型有源电力滤波器复合控制可以兼顾系统动态特性和稳态特性.