基于非线性PID控制理论的单相PWM整流器研究北大核心

在单相电压型PWM整流器的控制方面,基于传统线性控制理论所设计的电压环PI控制器存在着系统动态性能差、参数整定困难等缺点。文章首先以单相电压型PWM整流器的双环控制为基础,对PWM整流器模型进行数学分析,然后引入新的非线性函数对电压环的控制性能进行优化,进而提出了一种单相PWM整流器的电压环非线性PI控制器控制方案。最后利用MATLAB软件搭建仿真平台,与传统PI控制器的仿真对比表明该方案不仅计算简单易于实现,系统的动态性能好而且还能进一步增强系统的抗干扰能力。     

三相电压型PWM整流器的级联式非线性PI控制

该文以同步旋转坐标系模型为基础，设计了三相电压型PWM整流器的级联式非线性PI控制器。采用双环结构，用三个非线性PI环节实现了对整流器直流电压与功率因数的高性能控制。以误差的非线性函数与传统PI环节构成的级联式控制器，既提高了系统响应的快速性，又增强了抗扰能力，同时计算简单易于实现。与传统PI控制器的仿真对比表明该方法能够明显改善系统的动态性能，而实验结果也验证了非线性PI控制器的优良性能。     

一种新型电压型PWM整流器混合控制研究

针对三相电压型PWM整流器在两相同步旋转dq坐标系下的系统模型为两个控制量、三个被控量的特点,提出由电压平方PI控制器控制直流电压、无源控制器控制交流电流的混合控制策略。该策略可使整流器实现网侧单位功率因数、电流低谐波及直流电压恒定控制,且具有强的鲁棒性和优良的动静性能。仿真和实验结果表明,该控制方案是可行的。     

交流电流直接控制的单相PWM整流器非线性控制策略

由于单相电压型PWM整流器比较难以实现交流电流的直接控制,为了使得系统控制达到期望的效果,根据反步法在多变量非线性系统的控制方面的诸多优点,设计了基于反步法的非线性控制算法。详细介绍了单相电压型PWM整流器的数学模型,根据电感电容的能量关系分别构造了电压、电流环的Lyapunov函数,通过Lyapunov函数导数的负定,推断出系统的稳定性。且进行了基于PSIM的电路仿真,并构建采用IGBT全控型开关管的单相H桥的整流电路进行了验证。实验结果显示该方案下能够保证跟踪误差渐近收敛,说明系统设计是正确有效的。     

电流型PWM整流器的非线性控制

电流型PWM整流器在同步坐标系下的数学模型呈现非线性、强耦合的特性，使其控制器的设计较为困难。该文首先基于非线性微分几何理论，分析了三相电流型PWM整流器实现输入/输出精确线性化的条件，指出线性化后的系统存在一阶零动态，然后提出了三相电流型PWM整流器的非线性控制策略，实现了交流电流d轴分量和q轴分量的解耦控制。最后该文分析了非线性系统一阶零动态的稳定性，并设计了状态反馈控制器以改善其动态响应特性。仿真和试验结果验证了所提出方法的有效性。     

基于神经元PI控制的PWM整流器动态特性研究

针对传统PI控制下的三相PWM整流器电压外环动态性能和抗负载扰动能力较差的缺点,利用根轨迹分析了三相PWM整流器在PI控制下的稳定条件和PI参数对系统性能的影响。基于以上分析,在电压外环控制器的设计过程中,引入了结合单神经元和专家系统的一种智能型PI控制方法,根据系统的运行状态对电压外环调节器的结构和参数进行实时调整,以提高PWM整流器的动态特性和抗扰性。仿真和实验结果表明：这种智能型PI控制下的PWM整流器,在相同负载变化时,响应速度快、超调量小,动态性能指标优越、鲁棒性强,而且算法设计简单、易于实现。     

基于微分平坦理论的单相PWM整流器直接功率控制

在ab坐标系下建立了单相PWM整流器交流侧电压和功率的数学模型。根据微分平坦理论,选取了系统的状态变量、输出量和中间变量,提出了单相PWM整流器直接功率平坦控制策略。依据微分平坦设计的控制器分为前馈控制和非线性误差反馈补偿两部分。前馈控制用系统输出量的期望值来规划状态变量的运行轨迹;非线性误差反馈补偿校正控制系统平坦输出,消除了输出量期望值和实际值误差。仿真结果表明,在系统网侧电压的幅值和相位突变时,直流侧电压能保持较好的稳定性,且直流电压跟随有功功率和无功功率参考值的轨迹能快速作出响应,系统抗干扰能力强、鲁棒性好。     

基于非线性控制理论的SSSC控制器的研究

提出了一种运用非线性最优控制理论设计SSSC控制器的方法。在分析SSSC原理的基础上，导出了SSSC的动态数学模型。并运用MATLAB的仿真工具建立了SSSC的仿真模型，对含SSSC的单机无穷大系统发生三相短路故障进行了仿真。仿真结果表明采用非线性控制器，SSSC能有效改善电力系统的稳定性。     

三相PWM整流器混合非线性控制研究

采用传统单一控制策略的三相PWM整流器性能难以满足工程实际日益提高的性能要求,该文提出了一种新型的混合非线性控制方法,综合利用滑模控制、输入及输出线性化控制、空间矢量调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制技术的优点。电压外环采用滑模控制,电流内环采用输入及输出线性化方法,并采用SVPWM技术对控制信号进行调制。基于该控制方案的系统具有以下突出优点：控制系统全局稳定,输出直流电压动态响应快,无稳态误差,对负载及系统参数扰动具有很强的鲁棒性;电流实现解耦控制,输入电流正弦,畸变率小,单位功率因数;直流电压利用率高,开关频率恒定,易于数字实现。数值仿真和实验验证了所提控制方案的正确性和优越性。     

基于滑模控制的PWM整流器建模与仿真

为克服三相电压型脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器启动性能差、负载扰动时直流电压波动大的缺点,针对采用常规PI控制的整流器对系统参数变化较为敏感的弊端,提出一种基于滑模变结构的电压环非线性控制方案。采用一种新颖的a-b坐标系下的开关表设计方法,不仅可以取得良好的滑模算法动态响应特性,而且有效降低了开关频率。在Matlab/Simulink环境下建立仿真模型,对滑模控制和PI控制方案进行仿真比较,结果表明,应用滑模变结构控制三相PWM整流器,不仅设计和实现简单,而且具有较好的鲁棒性和动态性能。     

三相PWM整流器电压定向控制算法研究

详细分析了三相PWM整流器电压定向控制方法的基本原理,给出了其数学模型及控制系统的结构图,说明了各个部分的作用。利用Matlab/Simulink工具箱,建立了仿真模型进行了研究。仿真结果表明,该方法效果优异,系统能够很好地实现控制目标。     

PWM整流器基于瞬时功率理论的控制策略研究

PWM整流器大多采用基于电压定向的双环控制策略,该策略可能存在计算量大、有相位检测误差和电流环解耦不彻底等问题。针对电压定向双环控制策略存在的以上问题,提出了基于瞬时功率理论的双闭环控制方法,此方法有效地克服了电压定向控制策略的不足。实验结果表明采用所提出的方法控制整流器,系统具有优良的动态特性和静态特性。     

一种改进的单相整流器控制策略研究

针对传统的基于低通滤波器的单相锁相环带来的网侧电压幅值衰减和相位滞后问题,提出了一种带通滤波器锁相环控制策略,基于带通滤波器对输入信号幅值无衰减和相位保持的特性,在所设定条件下该方法能够无延迟地提取出网侧电压的基波,并保持基波电压的幅值不变。针对电流环比例谐振控制器因带宽小,在电网频率偏移时带来功率因数下降的问题,采用了一种改进的比例谐振控制器。该控制器增加了带宽,具备零稳态误差和消除电网电压扰动影响的能力,能够减小电网频率偏移对系统的影响。最后,仿真和实验验证了所提出的基于带通滤波器锁相环控制策略和经过改进的比例谐振控制器方法的有效性和正确性。     

一种用于矩阵变换器的简化非线性自抗扰控制策略

矩阵变换器的电力直接变换特性使其输出侧性能极易受扰动影响,所以对矩阵变换器系统采取控制是非常必要的。由于矩阵变换器的非线性、多变量和参数时变性使其数学模型不能被确定,因此在内外部扰动不稳定的条件下,设计PI常数的单闭环控制系统并不那么成功。将一种与对象模型无关的自抗扰控制器应用于矩阵变换器系统,并且为解决自抗扰控制器控制模块的不光滑非线性函数导致矩阵变换器系统输出量谐波成分增大的问题,在自抗扰控制器的基础上,改进了自抗扰控制器模块的非线性函数并简化了其控制环。实验结果表明:当该自抗扰控制器用于矩阵变换器系统控制调节时,无论是在电网输入侧本身存在谐波污染的条件下,还是电网电压非正常工况条件下,其控制效果都优于PI控制。     

基于模糊双闭环控制的PWM单相整流器设计

提出将模糊双闭环控制策略用于整流器以提高其功率因数,研究了影响整流器提高功率因数的因素,进而利用模糊推理技术和双闭环控制策略对功率因数和输出电压进行稳定控制,其结果明显优于单纯的PI控制和双闭环控制.     

基于逆系统方法的三相PWM整流器控制

针对三相脉宽调制(PWM)整流器控制采用非线性反馈方法使控制器设计复杂化的问题,提出一种基于逆系统方法的三相PWM整流器的反馈线性化控制方法。利用三相PWM整流器数学模型,以直流输出电压、有功和无功电流作为状态反馈变量,推导出三相PWM整流器的逆系统,并构造出伪线性系统。通过对该伪线性系统的综合,设计出三相PWM整流器的闭环控制系统,实现了无功电流分量和直流电压的解耦,然后对该闭环控制系统进行了计算机仿真。结果表明,所采用的控制策略能够实现三相PWM整流器直流电压和无功电流的解耦控制,且性能良好。     

基于非线性控制PWM整流器的锂电池充放电技术

针对传统采用晶闸管整流的充电机的缺点,设计了基于可逆PWM整流器的一种高效节能、高功率因数的锂电池智能充放电机.并基于整流器的无源性,采用阻尼注入方法设计无源功率控制器,提出采用状态观测器取代交流电压和直流电流传感器的方法,在保持整流器优良性能的前提下减少了传感器数目,降低了充电机成本.仿真结果表明基于状态观测器的充放电机PWM整流器无源控制系统,在输入电流总谐波扰动、直流电压稳态误差、直流电压动态误差、直流电压上升时间及功率因数等方面性能优异.     

基于二自由度PID的三相PWM整流器调压改进策略

基于前端电压源型整流器(voltage source rectifier,VSR)与后端电压源型逆变器(voltage source inverter,VSI)级联的VSR-VSI双三相脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)变换器已在电梯能量回馈系统中得到广泛应用,但前端三相VSR采用传统比例积分(proportional integral,PI)双闭环控制结构通常存在中端直流母线电压无法兼顾抗干扰性和跟踪性的问题。为此,文中提出一种基于二自由度比例积分微分(proportional integral differential,PID)的三相PWM整流器调压改进策略。首先,阐述基于VSR-VSI双三相PWM变换器级联系统的结构和工作原理,并给出前端三相VSR的传统PI双闭环控制方案及其参数设计过程,分析该方案不能兼具良好的抗干扰性与跟踪性的原因。在此基础上,给出基于二自由度PID的前端三相VSR直流调压优化策略及其参数设计方法。最后,利用软件仿真与实验测试对比结果共同验证了所述三相PWM-VSR直流调压改进策略的有效性与优越性。     

PWM整流器在旋转导向中的应用研究

论述了PWM整流器与传统整流器在旋转导向中的优缺点;推导三相电压型PWM整流器（VSR）在同步旋转坐标系下的数学模型,采用双闭环PI控制结合SVPWM的控制策略,并对SVPWM控制的实现过程进行了详细介绍,最终通过MATLAB Simulink搭建仿真模型,对电源侧电压波形、电流波形、直流侧输出电压波形以及电源侧电流FFT进行分析,仿真结果表明该控制策略能实现电源侧电压与电流相位同步,谐波含量低以及直流侧电压快速达到给定值,从而满足了旋转导向系统的供电稳定性。