考虑系统延时的三相APF切换系统建模与H∞控制

考虑系统时滞因素,突破传统对有源电力滤波器（APF）分析时所用的近似线性化处理方式,建立了一种基于离散仿射切换理论的三相APF仿射时滞离散切换模型。在此基础上将电网侧谐波电流作为控制输出,前馈预测的指令谐波电流与理想指令谐波电流误差作为干扰项,提出H∞控制器和切换规则的设计方法,进而实现谐波电流跟踪控制。仿真分析表明,该方法在精确反映三相APF动态特性的同时有效补偿了系统时滞,避免了时滞现象对系统补偿效果和稳定性的不良影响。     

基于切换系统理论的有源电力滤波器交流侧电感值设计

交流侧电感的取值对有源电力滤波器(Active Power Filter, APF)的补偿效果有重大影响。针对传统设计方法得到交流侧电感取值范围误差较大的问题,利用非线性动力学理论,阐述了一种全新的APF交流侧电感值设计方法。首先建立APF切换系统的精确离散模型。因为APF的强非线性,很难利用该模型得到相应的解析解,因此使用时域分析法迭代计算交流侧电感不同取值时APF补偿电流的数值解;然后通过该数值解分析不同电感值对系统动态特性的影响。在此基础上,根据已知的跟踪指标得到了交流侧电感的合理取值范围。使该取值     

基于切换系统理论的有源电力滤波器交流侧电感值设计

交流侧电感的取值对有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)的补偿效果有重大影响.针对传统设计方法得到交流侧电感取值范围误差较大的问题,利用非线性动力学理论,阐述了一种全新的APF交流侧电感值设计方法.首先建立APF切换系统的精确离散模型.因为APF的强非线性,很难利用该模型得到相应的解析解,因此使用时域分析法迭代计算交流侧电感不同取值时APF补偿电流的数值解;然后通过该数值解分析不同电感值对系统动态特性的影响.在此基础上,根据已知的跟踪指标得到了交流侧电感的合理取值范围.使该取值范围和传统设计方法得到的取值范围进行比较,仿真结果验证了该方法的有效性和合理性.     

基于切换系统的三相APF建模与H∞控制

为研究具有典型混杂动态特性的三相APF高性能控制问题,首先基于PWM调制原理将三相APF的混杂系统模型转化为包含切换开关动态的线性系统,经在平衡流形邻域近似线性化后得到以脉宽为输入函数的线性等效离散系统,最后对该线性离散系统设计了满足一定干扰抑制指标并能实时跟踪补偿指令电流的H∞控制器.该控制器以PWM脉宽作为控制量,避免了以往对周期平均模型进行控制器设计时的等效占空比环节,物理意义清晰,设计更加合理,在工程应用中易于实现,具有潜在的应用价值.仿真结果验证了所提系统模型和控制器设计方法的正确性和有效性.     

三相APF的切换系统建模与二次最优控制

为提高三相有源电力滤波器(active power filter,APF)的动态控制性能,本文基于PWM原理提出一种三相APF的等效离散切换系统模型(equivalent discrete-time switched linear system,EDSLS),经平衡流形邻域线性化后得到其线性离散系统模型(linear equivalent discrete-time switched linear system,LEDSLS),最后针对该模型设计了能够实时跟踪补偿指令电流的二次线性最优控制器。该控制器以PWM占空比为控制量,物理意义明确,易于工程实现,并具有潜在的应用价值。仿真结果证明了该系统模型的正确性,设计的控制器可有效提高三相APF的动态性能。     

有源电力滤波器的改进重复控制及其优化设计

提出一种有源电力滤波器(APF)的改进重复控制及其优化设计方法。该策略首先在重复控制延时环节中引入零相位低通滤波器,以解决稳定性和稳态精度之间的矛盾,并采用线性超前相位补偿和低通滤波器构建出新的补偿环节,避免控制器设计对被控对象精确数学模型的依赖;然后构建出基于误差和误差变化率非线性函数的免疫反馈控制,以抑制非周期信号的干扰,并确保APF系统具有足够的稳定裕量和动态响应速度;最后以APF有效谐波信号的准确跟踪为优化目标,以合适的系统稳定裕量为约束,利用粒子群算法(PSO)对改进重复控制参数进行优化设计。APF装置的稳态和动态实验结果证明了基于改进重复控制的APF控制策略的正确性和有效性。     

基于ADALINE的有源电力滤波器预测电流控制策略

为有效补偿有源电力滤波器(APF)的控制延时,提出一种基于自适应线性神经元(ADALINE)的APF预测电流控制策略。该策略通过ADALINE预测下一控制周期的参考电流,根据两相静止坐标系下APF系统模型确定参考电压,利用空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法,使APF输出电流快速、准确地跟踪参考电流。仿真与APF样机上的实际运行结果表明,和采用传统无预测算法的SVPWM方法相比,采用本文提出的预测电流控制策略,APF的稳态补偿精度和动态跟踪性能均明显提高。     

向微网供电的直流系统控制模式无缝切换策略

在微电网中，不同控制模式之间的切换是不可避免的，如何在不同控制模式之间切换时减小频率电压等指标的波动，对保证用户的供电质量至关重要。首先对不同控制策略之间的误差进行了量化分析，并给出了一种优化的控制策略无缝切换方法，包括dq轴/参考相角校准环节和大扰动瞬时功率补偿环节，对不同控制环的输出调制波进行修正/补偿。然后以某混合直流系统为例，利用上述补偿策略设计了可实现控制模式无缝切换的微网直流供电策略，包括混合直流系统无缝接入微网策略和大扰动时控制模式无缝切换策略。相比传统的无缝切换，该策略考虑了直流输电系统的送受端协调问题和不同控制模式之间的参考相角误差，并可提供一定的瞬时功率支撑，从而可减小因微网结构变化产生的波动。仿真结果表明该策略能够实现混合直流系统在不同控制模式之间的无缝切换，并且在微网发生大扰动时能够有效支撑系统的频率和电压。     

三相APF考虑饱和限幅稳定性控制方法

针对APF(active power filter)在控制中的混杂特性和饱和非线性问题,提出一种将切换算法和空间电压矢量控制算法相结合并应用于考虑饱和限幅的三相APF的控制策略。该方法首先建立三相APF的切换仿射线性系统的误差模型,根据Lyapunov相关定理及凸集理论,为考虑饱和限幅的三相APF找到了一种新的、保守型更小的切换率。然后根据三相电源电压构成的空间电压矢量图及波形图,三相电源电压被分成六个扇区,再根据凸组合稳定条件,在每个扇区内找到可以保证系统二次稳定的开关子系统的组合,在这些子系统的组合中选取使得Lyapunov函数导数最小的子系统。最后仿真分析和实验结果证明了所提出方法的可行性和正确性。     

单相APF的切换系统建模与H_∞控制

为研究单相有源电力滤波器(APF)的高性能控制器设计问题,基于脉宽调制技术提出了一种考虑开关切换混杂特性和外界干扰的单相APF等效离散切换非线性鲁棒控制系统,并在平衡流形邻域近似线性化得到了线性等效离散切换鲁棒控制系统模型,最后为该模型设计了能实时跟踪补偿指令电流并满足一定干扰抑制指标的H∞鲁棒控制器。该控制器避免了以往周期平均模型中的等效占空比环节,物理意义清晰,设计思路合理,易于在工程中实现。仿真结果验证了上述系统模型和控制器设计方法的正确性和有效性。     

带干扰补偿的转台模糊滑模控制

针对包含摩擦力矩、建模误差等不确定性的转台系统,提出一种带干扰补偿的模糊积分滑模控制策略。首先设计非线性干扰观测器对系统中的复合干扰进行估计,并利用非线性干扰观测器的估计值对系统进行补偿;其次设计具有积分项的滑模切换函数,积分项的引入提高了系统的静态性能,并将切换函数作为输入设计了单输入模糊控制器,有效减少了模糊规则的数量。仿真结果表明,此控制策略提高了系统的控制性能和抗干扰性,同时有效削弱了滑模控制引起的系统"抖振"。     

提高APF谐波补偿能力的全局快速Terminal滑模控制

谐波补偿环节的谐波电流跟踪控制是衡量有源电力滤波器(APF)性能优劣的关键因素之一。针对常规滑模控制中,无论如何调整线性滑模面参数都无法使得跟踪误差在有限时间内收敛到零的问题,提出了电流环基于全局快速Terminal滑模的谐波电流跟踪控制策略。该方法在线性滑模面的基础上引入非线性函数,弥补了常规滑模控制只能实现状态渐进收敛的缺点,在提高滑模控制瞬态性能的同时,消除了切换项,从本质上削弱了抖振。在不改变谐波检测环节的条件下,对APF进行稳态和暂态性能测试,将文中提出的全局快速Terminal滑模控制与常规指数趋近律的滑模控制对比,验证了文中控制策略的正确性和有效性。     

基于输入输出反馈精确线性化的三相APF控制

将输入输出反馈精确线性化控制方法应用于三相有源电力滤波器非线性控制中。首先建立三相有源电力滤波器的仿射非线性系统模型,推导出了其输入输出反馈精确线性化非线性反馈控制律,实现三相并联型有源电力滤波器有功补偿电流和无功补偿电流的解耦控制器设计。最后使用Matlab进行仿真验证,仿真试验结果表明,该控制策略能较好地实现APF的解耦控制,具有较好的补偿特性,经该控制算法补偿,谐波畸变率限制在2%以下。     

并联有源电力滤波器新型控制策略仿真研究

三相三线并联有源电力滤波器(APF)能够实时地补偿谐波电流和无功电流。控制器作为APF的核心部件,它的性能好坏直接影响到APF的补偿效果。而影响控制器动态性能的关键因素是控制算法。考虑到APF的数学模型在dq 坐标系下,是一个非线性耦合系统,首先采用逆系统方法将原系统线性化解耦,构造出伪线性系统。然后,再运用变结构控制,设计出这个伪线性系统的变结构控制律。最后,建立了APF的仿真模型对其进行仿真试验。试验结果表明,基于此控制策略设计出APF的控制器能使有源滤波器具备良好的补偿效果。     

并联有源电力滤波器新型控制策略仿真研究

三相三线并联有源电力滤波器(APF)能够实时地补偿谐波电流和无功电流.控制器作为APF的核心部件,它的性能好坏直接影响到APF的补偿效果.而影响控制器动态性能的关键因素是控制算法.考虑到APF的数学模型在dq 坐标系下,是一个非线性耦合系统,首先采用逆系统方法将原系统线性化解耦,构造出伪线性系统.然后,再运用变结构控制,设计出这个伪线性系统的变结构控制律.最后,建立了APF的仿真模型对其进行仿真试验.试验结果表明,基于此控制策略设计出APF的控制器能使有源滤波器具备良好的补偿效果.     

基于切换线性系统的单相有源电力滤波器的建模与控制

为研究具有典型混杂动态特性的单相有源电力滤波器(single phase active power filter,SPAPF)的高性能控制问题,作者采用脉宽调制技术将包含SPAPF的混杂系统模型转化为包含切换开关的线性系统模型,通过在平衡流形邻域对其进行近似线性化得到了以脉宽为输入函数的线性离散系统,并为该系统设计了能够实时跟踪补偿指令电流的线性二次最优数字控制器。该控制器以脉宽为控制量,物理意义清晰、设计思路合理、易于在工程中实现。仿真结果验证了上述系统模型和控制器的正确性和有效性。     

基于最小电流误差模型预测的三电平APF无差拍谐波电流补偿方法

有源电力滤波器（APF）的传统谐波电流补偿方法存在跟踪精度低、动态响应差等问题。对此提出了一种基于模型预测原理的三电平APF最小电流误差控制算法。该算法通过求解α β坐标系下谐波电流瞬时变化率,结合无差拍补偿控制预测出后2个周期的谐波电流在α β轴的分量,利用最小电流误差价值函数求解出系统最优调制电压,实现APF的高性能控制。该方法具有响应速度快、稳态电流误差小等优点。MATLAB/Simlink仿真结果验证了此控制算法的正确性和有效性。     

DC-DC变换器的最小投影法切换律

采用分段线性系统分析方法,DC-DC变换器的稳定性研究和控制器设计变得十分简单和有效。为此,该文建立DC-DC变换器的切换线性系统模型,引入切换线性系统投影法的概念,提出最小投影法切换律的控制策略。具体论述了DC-DC变换器实现无源控制与全局稳定性的切换律设计方法与步骤,并针对该切换律与平衡点相关的特点,在设计中进行平衡点的补偿以提高切换律的鲁棒性与收敛率。此外,为解决最小投影法切换律存在的滑模问题,还进行适合于DC-DC 变换器的延时切换器设计。仿真和实验结果表明该文提出的最小投影法切换律在实际DC-DC变换器中具有普遍适用性。     

基于切换系统理论的伺服转台摩擦建模与补偿

为了降低非线性摩擦因素对伺服转台的影响,提高系统的跟踪性能,本文提出了一种基于切换理论的伺服转台摩擦建模和补偿方法。该模型用LuGre摩擦模型和Stribeck摩擦模型分别表征在启动阶段和平稳运行工况下转台内部的摩擦特性。首先采用遗传算法分别辨识模型动静态参数,然后以转台速度和刚鬃形变的程度作为切换条件,基于切换系统理论获得的摩擦模型,最后在原有PID控制的基础上结合摩擦补偿,实现基于切换摩擦模型的复合控制。未加入补偿时的动态跟踪误差平均值约为0.01425 rad/s,而加上补偿之后速度跟踪误差平均值降低为0.00192 rad/s,对补偿前后的跟踪数据进行残差分析的结果也证明了该模型的有效性。实验结果表明该切换摩擦模型能直观、精确地描述伺服转台的摩擦特性,基于该摩擦模型的反馈补偿能减小系统的跟踪误差,提高系统的跟踪性能。     

基于广域测量系统的交直流系统Markov切换控制器设计

高压直流输电的附加调制功能可以明显改善交直流混联系统的稳定性。远方反馈信息的不健全和时滞的影响,严重降低了控制器的控制性能和系统的安全稳定性。而电力系统运行状态发生随机跳变时,系统的精确模型更加难以得到,系统可能由于仍采用跳变前的控制策略而失稳。通过考虑交直流混联系统的复杂动态交互行为与广域测量系统的时变时滞特性,利用全状态反馈线性化理论,建立能反映交直流混联系统实时运行状态的Markov切换模型与时滞控制模型,并提出状态转移矩阵未知条件下非线性Markov切换控制策略,设计其稳定控制器。研究结果表明,所提出的基于Markov切换模型的交直流混联系统非线性控制方法可显著提高系统的控制性能,又具有一定的时滞鲁棒性。