孤岛微网DC/AC逆变器电压H∞鲁棒控制

DC/AC逆变器控制策略的优劣直接影响到孤岛微网系统电压质量水平,针对其在电压环采用PI控制时的抗干扰和参数摄动性能不佳问题,提出了一种电压H_∞鲁棒控制方法。该方法采用集中式二次电压调节,恢复了由传统下垂控制造成的电压频率跌落。通过将负荷电流视为外部扰动输入量,建立了孤岛微网简化数学状态空间模型;基于混合灵敏度优化问题选择加权函数W_1、W_2、W_3,设计了电压H_∞鲁棒控制器,以提高DC/AC逆变器的抗扰动能力,同时优化其在系统参数摄动时的鲁棒性能。最后通过MATLAB/Simulink仿真验证了该控制策略的可行性,并表明了电压H_∞鲁棒控制器能够保证DC/AC逆变器具备较强的抗干扰和鲁棒稳定性能。     

电力机车单相PWM整流器μ综合直接电流控制

外界环境改变以及功率器件老化等因素,会不可避免地导致电力机车单相脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器系统网侧电路参数发生变化,这一现象易影响整流器系统控制性能。为提升单相PWM整流器系统在网侧电路参数摄动情况下的鲁棒性,提出一种基于结构奇异值(structure singular value,SSV)理论的μ综合直接电流控制(directcurrentcontrol,DCC)策略。在单相PWM整流器dq坐标数学模型的基础上,得出电流环系统状态空间;利用性能加权函数约束电流控制系统跟踪精度、规划抗干扰能力以及限制控制输出大小,同时引入虚拟性能不确定模块,进一步归纳出具有结构化不确定性的单相PWM整流器μ综合控制问题;经D-K迭代所得该μ综合问题结构奇异值曲线峰值为0.895,表明μ综合直接电流控制器可使单相PWM整流器系统满足鲁棒稳定与鲁棒性能要求;通过半实物仿真平台对μ综合DCC策略与直轴交轴(direct-axis quadrature-axis,DQ)电流解耦控制策略进行实验对比研究,结果表明:所提控制策略动态响应速度快,且在网侧等效电感参数摄动情况下系统鲁棒性较强。     

单相PWM整流器H∞改进型直接功率控制

以提升单相脉宽调制(PWM)整流器动态响应性能为目的.首先,在分析传统功率前馈解耦控制策略原理的基础上,提出基于比例积分的改进型直接功率(PI-MDP)控制策略.该控制策略取消了αβ/dq旋转坐标逆变换,可改善系统动态性能.其次,考虑到功率器件老化等因素将不可避免地导致整流器系统网侧电路参数摄动,从而影响整流器系统控制性能.为解决这一问题,提出了一种基于PI-MDP控制结构的H∞输出反馈改进型直接功率(H∞-MDP)控制策略来增强系统鲁棒性.利用性能加权函数分别约束功率控制系统跟踪性能以及控制能量,并构建出广义被控系统,进一步将功率控制器设计转化为H∞输出反馈控制问题.最后,对传统功率前馈解耦控制策略、基于PI-MDP控制策略以及所提策略开展实验对比研究,结果验证了所提H∞-MDP控制算法的有效性.     

差分进化改进微电网负荷频率混合H2/H∞ 鲁棒控制

针对外部扰动及系统参数摄动引起微电网负荷频率波动问题,设计了混合H_2/H_∞鲁棒控制器对系统负荷频率进行控制。建立了包含电池的柴油发电机组二次频率控制模型,引入低通滤波器,使电池对系统高频扰动信号具有较好的抑制能力。以误差平方的积分最小作为系统的目标函数,在综合H_2范数表征的系统性能和H_∞范数表征的鲁棒性能下,设计具有多目标约束条件的混合H_2/H_∞鲁棒控制器。采用差分进化算法对控制器加权函数参数进行寻优,使控制器在满足约束条件下达到最优。仿真实验结果表明所提出方法在满足系统鲁棒性能的基础上,同时具备较好的控制输出,保证微电网频率在外部功率扰动和系统参数摄动情况下具有较好的动态性能。     

弱电网下LCL并网逆变器控制设计

当分布式发电(DG)单元与弱电网系统互连时，受电网阻抗摄动的影响，并网后DG单元的性能降低，甚至产生不稳定。基于μ方法设计了并网电流反馈控制器，为了对并网的有功电流分量和无功电流分量解耦，建立多输入多输出系统模型。将低频并网电流dq解耦要求与稳态误差、超调量等指标一起转化为闭环系统控制器设计问题，最后基于μ方法设计一种鲁棒的反馈控制器。仿真结果表明，该控制器保证了系统在弱电网电感摄动时的鲁棒稳定性和鲁棒性能，实现了并网电流的d分量和q分量的解耦。     

基于调制电压椭圆轨迹优化的单相脉冲整流器模型预测电流控制

该文首先建立单相两电平脉冲宽度调制整流器数学模型,分析传统基于比例积分(proportional-integral,PI)控制器直接电流控制(direct current control,DCC)的工作原理,揭示其调制电压矢量端点在dq坐标系下的椭圆轨迹,在此基础上,提出一种基于调制电压椭圆轨迹优化的模型预测电流控制(model predictive current control,MPCC)算法。与传统基于PI控制器DCC算法相比,该算法利用评价函数预测最优椭圆半径,提高了内环动态响应速度及控制精度。然后,定量分析电感参数不匹配时预测电流与其参考值之间的关系,给出一种电感参数在线识别算法。最后,对传统有限集模型预测电流控制、基于PI控制器DCC和所提MPCC算法分别进行实验对比研究。实验对比分析结果证明了所提算法的正确性与有效性。     

基于矩阵不等式的永磁同步电机鲁棒H∞控制

针对永磁同步电机(PMSM)的鲁棒H∞控制问题,构建了基于dq旋转坐标系的状态空间模型,通过静态解耦控制思想,将强耦合非线性的永磁同步电机模型转化为线性系统。设计了鲁棒H∞控制器,将控制器的求解问题转化为矩阵不等式可行解,利用线性矩阵不等式(LMI)工具箱求解得到永磁同步电机的调速过程的状态信息。仿真结果表明,与传统PI方式比较,采用鲁棒控制器的永磁同步电机系统响应速度快、控制性能优异、对负载变化不敏感,具有很好的鲁棒性,可满足设计要求。     

弱电网下并网逆变器自适应H∞控制方法

在实际应用中,采用传统的鲁棒H_∞控制方法的并网逆变器,其稳定性和干扰抑制性能往往会受到电网弱电网特性的影响。为了增强并网逆变器对电网阻抗变化的适应能力,提出一种适用于弱电网的并网逆变器改进H_∞控制方法,即自适应H_∞控制方法。以单相并网逆变器为例,建立了弱电网下并网逆变器的鲁棒H_∞控制模型,证明了弱电网特性将会造成该模型中系统参数、控制输入参数以及干扰输入参数出现参数摄动,从而影响了系统的稳定性以及干扰抑制性能。为了克服弱电网特性的影响,改进方法中引入了间接控制来取代公共连接点电压前馈动态地调节公共连接点电压,消除了控制系统的参数摄动,增强了并网逆变器对弱电网具有自适应性,提高了系统的稳定性和干扰抑制性能。最后,通过搭建的实验平台验证了理论分析和所提自适应H_∞控制方法的合理性及有效性。     

电动公交车匀速下长坡再生制动控制策略优化

针对电动公交车下长坡再生制动过程中被控对象存在汽车质量、汽车旋转质量换算系数不确定性以及电机参数摄动的问题,构建了电动公交车再生制动系统模型。基于线性矩阵不等式(LMI)设计了H_∞鲁棒最优控制器,并在MATLAB/Simulink中进行了仿真。结果表明:采用H_∞鲁棒最优控制比传统的车速-电流双闭环PI控制具有更好的鲁棒稳定性,且回馈的能量提高了2%～3%。     

基于内模的永磁同步电机滑模电流解耦控制

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motors,PMSM)矢量控制的目标是使PMSM具有优良的动态性能和稳态性能,但在同步旋转坐标系下dq轴电流存在耦合,影响转矩响应性能。传统的PI无法实现解耦,而电压前馈解耦策略对参数敏感,因此提出一种基于内模的滑模电流解耦控制策略。该策略使用内模控制策略控制理想电机解耦模型,保证系统动态响应速度;使用积分滑模控制实现dq轴电流解耦,同时提高系统在整个运动过程中对参数摄动和外扰动的鲁棒性。仿真和实验结果表明该策略能有效实现dq轴电流解耦,提高系统动态性能,并且具有优良的鲁棒性。     

基于相位补偿的高频Vienna整流器解耦控制方法

针对三相三线制Vienna整流器控制频率与输入电压频率比值较低时dq轴耦合加剧的问题,采用基于复系数传递函数的方法,推导了Vienna整流器电流环的开环传递函数。在同步旋转坐标系下,建立了考虑数字控制延时后的电流环复系数控制模型,对该模型的分析与研究表明,考虑数字控制延时后,传统电流前馈解耦方法不能实现完全解耦。为解决此问题,提出了一种带相位补偿的电流前馈解耦控制方法。该方法将输出的控制信号乘上延时对应的相位补偿量后作为新的控制信号,以消除延时对控制环路的影响,有效提高了电流环的性能。最后搭建了1 000 W的Vienna整流器仿真与实验平台进行验证,仿真与实验结果证明了所提控制策略的有效性。     

永磁同步电机调速系统H∞鲁棒控制

针对表面式永磁同步电机调速系统易受参数摄动和负载扰动等不确定性因素的影响问题,在传统矢量控制方案基础上提出了H_∞鲁棒控制策略。首先,在系统状态空间表达式误差模型下,考虑扰动因素设计了基于哈密顿-雅可比不等式的H_∞鲁棒电流控制器,实现了电流控制的鲁棒性;其次,在运动方程扩展状态空间表达式下,设计了基于线性矩阵不等式的H_∞状态反馈控制器增益型H_∞滑模面,进一步设计滑模控制律,得到了鲁棒H_∞滑模速度控制器,确保了速度控制的鲁棒性,改善了系统的动态品质;最后通过仿真和半实物仿真实验验证了该文提出控制策略的有效性和可行性。     

基于燃料—汽压系统H_∞控制器的设计

针对燃料—汽压模型采用H_∞控制理论设计了一种鲁棒控制器。根据超临界机组对象特性试验建立燃料—汽压模型,将H_∞控制器的设计归结为H_∞混合灵敏度问题,合理地选择了加权函数,得到了H_∞控制器,从奇异值的角度深入分析了H_∞控制器的控制效果,并把H_∞控制器与传统PID控制器进行比较,仿真结果表明,运用H_∞控制理论设计的燃料—汽压控制器有更好的给定值跟随性和鲁棒性。     

三相电压型PWM整流器最优H_∞鲁棒控制研究

基于现有三相电压型PWM整流器双环PI控制的不足,采用非线性控制理论,对电流内环进行改进,提出了一种反馈线性化最优H_∞鲁棒控制策略。首先对三相电压型PWM整流器的dq模型进行分析,选取状态变量、输出变量,建立仿射非线性系统模型,然后对模型进行状态反馈精确线性化,得到解耦的精确线性化系统,通过解Riccati不等式,最终得到最优控制规律。仿真结果表明:该控制方法能使系统在固定范围内强干扰和参数摄动的状态下实现功率因数整流,并且保持稳定的输出直流电压,可以为战场条件下移动电站应急供电提供有效技术支持。     

三相电压型PWM整流器最优H_∞鲁棒控制研究北大核心

基于现有三相电压型PWM整流器双环PI控制的不足,采用非线性控制理论,对电流内环进行改进,提出了一种反馈线性化最优H_∞鲁棒控制策略。首先对三相电压型PWM整流器的dq模型进行分析,选取状态变量、输出变量,建立仿射非线性系统模型,然后对模型进行状态反馈精确线性化,得到解耦的精确线性化系统,通过解Riccati不等式,最终得到最优控制规律。仿真结果表明:该控制方法能使系统在固定范围内强干扰和参数摄动的状态下实现功率因数整流,并且保持稳定的输出直流电压,可以为战场条件下移动电站应急供电提供有效技术支持。     

基于混合灵敏度永磁同步电机伺服系统H∞鲁棒控制

针对永磁同步电机伺服系统中存在的模型参数不确定性和负载扰动问题,引入H∞混合灵敏度设计方法设计了H∞鲁棒控制器,并讨论了加权函数的选择。利用MATLAB进行仿真研究的结果表明,采用H∞鲁棒控制器的永磁同步电机(PMSM)伺服系统较传统的PID控制的PMSM伺服系统具有更好的跟踪性能,鲁棒稳定性和抗干扰性能。     

三相电压型PWM整流器双闭环系统校正方法

分析了三相电压型脉宽调制(PWM)整流器在旋转dq坐标系中的简化数学模型,运用前馈解耦控制策略得到三相电压型PWM整流器的电流解耦模型.根据该模型,提出了三相PWM整流双闭环系统调节器的整定方法,并通过仿真验证了该整定法的可行性.     

基于SSA的微电网负荷频率鲁棒H2/H∞控制研究

针对微电网中由可再生能源出力波动和负荷变化引起的频率振荡问题,提出了一种混合H2/H∞鲁棒策略的负荷频率控制器。首先建立了具有功率扰动信号的风光柴微电网负荷频率控制模型。然后基于鲁棒H∞理论设计了鲁棒H2/H∞控制器。在控制器的设计中,使用了樽海鞘群算法(SSA)对有关加权矩阵参数和范数权重进行寻优求解,使控制器的调整性能达到最好。最后仿真结果表明,相比于传统的鲁棒H∞控制和PID控制,提出的H2/H∞鲁棒控制器在微电网的外界功率干扰以及系统的参数扰动工况下均有较好的控制效果。     

改进型解耦控制的牵引网低频振荡抑制研究

鉴于电气化铁路中采用基于双闭环瞬态直接电流控制的网侧整流器在发生牵引网低频振荡时通过调节 PI 控制器参数来抑制振荡的局限性,文中提出一种基于dq解耦控制的主动阻尼补偿的新方法,实现了网侧变流器有功功率与无功功率的独立解耦控制,将直流侧电压信号反馈至电压环控制器,再通过反馈环节进行阻尼补偿。仿真对比不同控制策略下网侧整流器应用于车网系统仿真模型的工作特性,结果表明,基于dq解耦控制的主动阻尼补偿方法能够实现实时无静差跟踪并具有良好的抗干扰性能,能够较好地抑制高速铁路牵引网低频振荡。     

基于混合灵敏度的交直流混合微网交直流断面电压H_∞鲁棒控制EI北大核心CSCD

交直流混合微网具备交流微网与直流微网各自的特点,可以更加充分地利用各种不同类型的可再生能源发电,满足不同负荷的需要。交直流断面是交直流混合微网中直流区域与交流区域的互联部分。该文提出的基于混合灵敏度的交直流混合微网交直流断面电压H_∞鲁棒控制,主要控制断面两侧电压并使之稳定。通过构建S/R/T混合灵敏度函数,提高交直流断面抗击交流扰动和直流扰动的标称性能,增强其应对参数摄动的鲁棒性能。通过Matlab/Simulink仿真平台,验证了交直流断面电压H_∞控制器的抗干扰能力与在换流器参数发生变化时该控制器仍可保持良好的控制性能的能力。