基于改进内模控制的永磁同步电机电流环设计

永磁同步电机(PMSM)作为一种高阶非线性系统,由于参数摄动和外部干扰的原因,传统内模控制器不能保证其精确的控制要求。在传统内模控制的基础上,设计了一种基于指数收敛的误差干扰观测器。在解耦和反电动势补偿情况下,建立内模控制器,然后由内模控制器的输出和反馈电流,构造误差干扰观测器的状态方程,输出误差补偿信号,补偿电机运行过程中参数变动和干扰因素,实现PMSM的高精度控制。建立MATLAB/Simulink仿真模型,仿真中人为增加不确定量和扰动。仿真结果表明,在存在不确定信号和负载扰动时,采用改进的内模控制可以实现电流补偿,降低电流纹波,减小电流稳态误差,同时提高转速响应速度,降低扰动误差。     

Boost型DC-DC变换器无源控制研究

首先建立了Boost型DC-DC变换器平均数学模型和EL(Euler-Lagrange,EL)模型,基于变换器的无源性和EL模型,利用阻尼注入方法设计了无源控制器。由于无源控制器对变换器的输出电压控制为间接控制,可产生输出电压稳态误差;对此,提出利用输出电压与期望输出电压差对期望输入电流调整,以抑制输出电压稳态误差。具有期望输入电流调整的无源控制器,可使Boost型DC-DC变换器具有良好的动态与稳态性能。计算机仿真结果表明,本文的Boost型DC-DC变换器无源控制策略是可行的。     

感应电动机双闭环无源性跟踪控制

针对感应电动机存在参数时变性、非线性耦合变量和转子电流不易测量等问题,从能量角度分析了感应电动机定子电流-转子磁链动态方程,建立感应电动机的Euler-Lagrange(EL)模型.基于无源性控制方法,以定子电流为状态变量,提出不需要转子电流观测器的改进控制算法,以转矩内环和转速外环,设计了感应电动机的双闭环无源性控制器;以控制期望值注入感应电动机EL模型,反推模型得到系统的控制量.通过与直接转矩控制方法的仿真结果比较,无源性控制器可使感应电动机转子磁链、转矩和转速快速跟踪给定值,鲁棒性好,系统易于实现,而且无源性控制律是全局稳定的控制算法,从而验证了无源性控制策略可行性和有效性.     

采用下垂控制的直流配电系统高频振荡分析及控制

针对直流配电系统的高频振荡现象,以下垂控制的辐射状直流配电系统为研究对象,建立了电压源型换流器、直流线路和恒功率负荷的频域模型,进一步建立了直流配电系统的频域降阶模型.推导了频域下系统参数对高频振荡频率影响的解析式,分析了下垂控制系数、直流线路以及负荷参数变化对系统振荡频率的影响,发现下垂控制器和恒功率负荷的负阻尼特性易引发高频振荡.据此,文中提出了基于线路参数的前馈补偿下垂控制方法和改进虚拟电阻的控制器设计方法,并对补偿前后系统的稳定性进行了比较.通过频域、时域仿真验证了理论分析的正确性以及所提方法的有效性.     

五电平MMC-UPQC的无源控制

分析五电平模块化多电平变换器-统一电能质量调节器(MMC-UPQC)的主电路拓扑和工作原理,建立其在dq0坐标系下的数学模型及EL模型。为加快误差能量收敛,采用阻尼注入方法设计电流内环无源控制器,确保MMC-UPQC的稳定性;通过电压外环PI控制器获得内环期望电流,消除静态误差。所提出的无源控制实现了对有功和无功的解耦控制,使系统具有良好的动静态性能。在负序二倍频坐标变换下采用相间解耦控制抑制环流,减少开关损耗;采用基于Park变换的电压电流补偿量提取方法,无需锁相环,提高补偿精度。最后在Matlab/Simulink搭建五电平MMC-UPQC仿真模型,仿真结果表明能够较准确地补偿不平衡、谐波电压以及无功、谐波电流,证明了无源控制的可行性。     

高性能并网逆变器数字控制技术研究

研制了一台高性能数字化并网逆变器实验样机.在理论分析的基础上,建立了逆变器线性控制模型,并从线性系统叠加定理和频域分析角度提出实现零稳态误差正弦电流控制的条件.为了避免频率波动对控制器性能的影响,采用带通滤波器式(BPFM)控制器对并网逆变器输出电流进行控制,克服了传统PI控制器对正弦信号跟踪出现幅值误差和相位误差较大的问题.并网逆变器数字化控制采用TMS320LF2407 DSP.实验结果表明,设计的并网逆变器数字控制具有控制精度高、输出电流谐波失真小等优点.     

逆变器有限集模型预测控制参数不匹配补偿方法研究

预测模型参数不匹配会产生预测误差,造成有限集模型预测控制性能显著下降.以单相逆变器为模型预测控制对象,研究有限集模型预测控制误差补偿问题.通过推导预测模型电感、电阻参数不匹配与预测电流误差之间的定量关系,分析逆变器电感、电阻参数不匹配对预测输出电流的影响机理.针对模型参数不匹配问题,提出基于递推最小二乘法在线参数辨识的补偿方法,以及考虑参数不匹配和控制延时的协同误差补偿控制方法.所提误差补偿方法不仅能补偿电感误差,还能同时补偿电阻参数误差.实验结果表明:所提补偿方法能有效地降低预测电流误差、电流谐波,能快速准确地在线辨识实际模型参数,提升逆变器控制效果,具有实现简单、补偿效果好的优点.     

大功率混合有源电力滤波器的智能控制策略

针对传统PI控制器的比例和积分控制参数是否取得最佳值能够对滤波器滤波性能产生较大的影响,提出了一种基于智能神经网络误差补偿(INNEC)及自适应模糊PI参数整定的大功率混合有源电力滤波器智能控制方法。其中,建立了新的模糊规则并利用模糊推理对PI控制器的比例系数、积分系数进行在线修改,实现PI参数的最佳调整;在经模糊整定后的PI控制器前串接一个智能神经网络误差补偿器来有效补偿负载谐波电流与逆变器实际输出电流之间的误差。仿真和实验结果验证了该控制方法的可行性和有效性,与传统PI控制方法比较,能有效提高系统的目标跟踪能力,滤波性能更好。     

并联混合有源滤波器复合控制策略

将广义积分PI控制器与基于虚拟电感的指定消谐前馈控制算法结合提出了一种新的复合电流控制策略.其中,前馈控制器的基本思想是:在指定谐波频率处将有源滤波器(APF)控制成一个"虚拟电感",与无源滤波器(PF)发生串联谐振,为谐波电流提供一个低阻抗通路,动态性能良好.前馈控制对PF参数依赖性强,控制精度难以保证;而广义积分PI控制器能够无稳态误差地对特定频率谐波进行补偿,但是对于变化的负载,广义积分PI控制器需要数个周期才能实现谐波电流的精确跟踪.因此,该复合控制策略保证了混合有源滤波器(HAPF)既具有良好的动态性能又有较小的稳态误差,而且能对谐波进行分次补偿.实验结果证明所提控制策略是可行的和有效的.     

基于燃料电池的电能质量控制器设计

为从负载侧解决电能质量问题,本文提出了一种电能质量控制器.该装置将统一电能质量控制器与燃料电池结合,力图扩展统一电能质量控制器的补偿范围.该拓扑结构有利于装置的小型化,供能的多元化以及电网的绿化.燃料电池与超级电容结合的三端双向变换器用以维持直流侧电容电压的稳定.针对系统电压畸变且含多重零点,设计了一种简单实用的参考电压电流检测方法.依据参考信号对串并联逆变器分别采用双积分控制与单周电流控制,使输出补偿电压电流快速精确跟踪参考信号.单周电流控制主要由比较器和RS触发器构成,其输出驱动信号的频率固定,有利于无源滤波器设计及实际应用.仿真结果验证了该装置设计的合理性、可靠性及有效性.     

基于最优开环截止频率学习的永磁伺服系统PI控制器参数整定方法

提出一种基于最优开环截止频率学习的永磁伺服系统PI控制器参数整定方法。针对永磁同步电机转速/电流级联的双PI控制系统,基于同步旋转坐标系下电机频域数学模型,推导出电流环和速度环PI控制器参数的解析表达式。根据期望的系统要求,从时域分析入手,对电流环和速度环分别构建性能评价函数,通过迭代给定激励信号下的最小评价函数值,学习性能最优的开环截止频率,从而实现电流环和速度环PI控制器参数整定。对拖伺服平台上的实验结果验证了所提方法的正确性和可行性。     

快速动态电流控制在PWM 变换器中的应用

三相LCL型PWM变换器存在阶次高、控制器参数设置复杂等问题,而电流控制器又是PWM变换器系统的关键.为了解决传统PI调节器在电流控制器设计当中因参数设置不当造成静、动态特性差的问题,通过合理简化电流环模型,采用一种在由PI调节器控制的电流闭环之前串联一个惯性环节的补偿控制技术,期望通过补偿后的闭环传递函数零极点相消达到减小电流超调的目的.同时,为了使电流获得快速的动态响应,基于同步旋转坐标系下动态调节时间最小原则,确定电流环控制系统自然振荡频率的分布范围,通过选取尽可能大的带宽以获得快速的动态响应.最后,通过仿真和实验结果证实了该控制技术的正确性和可行性.     

基于定子电流正弦化的双馈风电系统低电压穿越强励控制

基于Crowbar电路的低电压穿越实现了双馈风电机组的系统保护和不脱网运行。Crowbar电路的应用使得网压跌落时转子变流器闭锁,转子电流处于暂态过程。针对采用Crowbar电路实现低电压穿越过程中,双馈风电机组系统对电网产生暂态电流冲击而存在的不足,文中提出一种基于转子电流源控制的低电压穿越强励控制策略,通过强励实现低电压穿越过程定子暂态直流磁链分量的补偿,以实现低电压穿越过程中定子电流的正弦化。由于在静止坐标系中引入直流磁链补偿,在转子dq旋转坐标系控制方程中引入了工频交流分量,因此文中提出了一种基于多分量增益的比例谐振(PR)并联调节器,并通过该并联调节器的闭环传递函数分析对调节器参数进行整定,实现了控制带宽范围内直流电流分量与工频交流电流分量的无静差控制。仿真及实验结果验证了理论分析的正确性,为双馈风电系统的低电压穿越控制提供了一种高性能的控制策略。     

Application of the modified IDA‐PBC for shunt active power filters control

The design of a passivity‐based nonlinear controller for a shunt active power filter to be used for the compensation of harmonic currents consumed by nonlinear loads is presented in this paper. The main objective of designed controller is to inject the necessary compensation current into the system so that the grid current is sinusoidal and balanced, regardless of whether the grid voltage is unbalanced and/or distorted. The references for the compensation currents are obtained from applying the pq theory. The controller is designed on the basis of a modified interconnection and damping assignment technique, which allows solving a tracking control problem. An integral action controller is added to the proposed controller using the same design technique, in order to eliminate the errors produced by parameter variations or uncertainties. The behavior of the proposed control strategy is validated through simulation using a realistic model, which includes converter switching and losses, grid distortion, and parameter variations. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于状态观测器的单相并网逆变器复合控制

针对光伏并网逆变器的特定次谐波抑制与控制延时补偿,提出了一种基于状态观测器的准比例谐振（Quasi-proportional Resonant, Quasi-PR）控制加重复控制（Repetitive Control, RC）的复合控制策略。其中,准PR控制器用于实现对并网电流基频分量的无静差控制,重复控制器用于抑制特定次谐波分量;同时,考虑到系统的控制延时,采用状态观测器进行延时估计,并基于状态观测器设计了合适的延时补偿环节;此外,针对LCL的谐振尖峰,进行基于电容电流反馈的有源阻尼。最后通过仿真与实验,验证所提复合控制策略的可行性与有效性。     

变频电网有源电力滤波器的无源控制策略

为了提高变频交流电网的电能质量,针对变频电网有源电力滤波器的复杂工作环境,提出一种基于无源控制理论的具有频率和不确定参数自适应性,带有L2增益的控制策略。该方法首先在考虑了不确定参数、外界干扰和电网频率变化等因素的情况下,建立了非自治有源电力滤波器系统的EL平均化模型。在此基础上,设计了包含不确定参数自适应控制律、L2增益控制律及频率自适应指令电流产生方法的自适应鲁棒控制器,并证明了整个非自治误差伴随系统的稳定性。将提出的方法在变频电网有源电力滤波器系统中进行了仿真验证,并与两种同类典型方法作了比较。理论分析和仿真对比结果表明所提方法在变频电网复杂工况下,能确保并联有源电力滤波器系统的跟踪和补偿效果,而且具有鲁棒性强、频率自适应等优势,具有一定实用价值。     

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。     

直驱风电机组次同步振荡阻尼控制方法及其适应性

由风电波动引发的次同步振荡具有振荡频率多变、涉及动态装置多、影响因素复杂等特点,现有的阻尼控制类装置难以实现有效抑制,需研究适用的附加阻尼控制方法。文中通过线性化方法推导了直驱风电机组并网系统的特征方程和传递函数,并获取了风电机组并网系统在不同工况下的频率响应特性。然后提出了基于奈奎斯特稳定判据的风电机组次同步振荡阻尼控制器的参数设计方法,以及基于粒子群优化算法的参数优化方法;结合特征值法及时域仿真法,分析了阻尼控制器对于次同步振荡的抑制作用。研究结果表明,依据前述方法设计的阻尼控制器在多种运行条件下均具有较好的适应性。     

一种提高系统稳定性的改进谐振控制器

通过分析输入与输出信号的频域关系,推导了一种改进谐振控制器,该控制器与传统控制器具有不同的形式,通过频域分析可以得到,改进谐振控制器与传统谐振控制器有着相同的作用,在谐振频率处具有较高的增益,能够实现对交流信号的无静差跟踪,而且改进谐振控制器在谐振频率处具有较大的相位裕度,有利于增强系统稳定性。采用电压电流双环控制,控制器采用改进谐振控制器,通过分析不同负载下系统开环传递函数,说明了改进谐振控制器的控制效果,最后通过仿真实验验证了理论分析的正确性。