有源电力滤波器的特定次谐波控制策略

由于传统比例积分（PI）控制无法实现零稳态误差控制,设计了一种基于比例复数积分控制的有源电力滤波器,该控制器在给定次谐波处具有无穷大增益,可以使某些特定次待补偿谐波实现零稳态误差控制,并且不需要解耦控制,简化了控制器的设计。结合带宽的定义,给出了控制器参数设计方法。通过理论分析和仿真研究对分别采用PI和比例复数积分控制的APF的补偿特性进行了比较研究,验证了通过并联比例复数积分控制器在APF应用上的有效性。     

并联有源滤波器广义积分控制设计新方法

广义积分控制能够无静差的跟踪正余弦指令信号,因此广泛应用于并联有源滤波器(shunt active power filter,SAPF)电流控制中.只要系统稳定,指定次谐波补偿精度都能得到很好的保障.然而如何设计控制器参数提高控制系统动态响应性能,却一直没有得到很好的解决.提出一种广义积分控制器参数设计方法,此方法通过配置闭环系统主导极点实部,保证系统较快的动态响应速度.分析和实验结果均证明该设计方法的有效性.     

基于改进的PID柴油机冷却水温控制系统

针对传统的PID柴油机冷却水温控制系统的控制精度较低稳定性差的现状,设计了一种改进的PID柴油机水温控制系统.该系统将积分分离PID继电自整定控制算法引入传统的柴油机水温控制系统中,在被控量与设定值偏差较大时取消积分作用,避免了由于积分作用造成的系统稳定性降低,超调量增大.应用结果表明,改进的PID控制器能在闭环状态下整定参数,降低控制系统的超调量,使系统的控制精度和稳定性得到显著提高.     

一种变参数比例积分控制BUCK变换器设计

BUCK变换器中存在诸如系统参数不确定、输入电压变化、输出负载变化等多种扰动,这些扰动对BUCK变换器的输出有很大影响,而采用传统的比例积分控制(proportional integral,PI)方法很难取得满意的控制效果。为此,在传统的PI控制策略的基础上,提出了变参数比例积分(variable parameters proportional integral,VAPI)控制策略以解决系统干扰的问题。由于VAPI控制器不仅具有传统PI控制器瞬态响应速度快和消除静态误差等的优点,同时还能在不同的阶段调整相应的参数,使得BUCK变换器在每个阶段都有更好的特性。首先用变参数比例积分器替换常规的比例积分器,然后设计扰动观测器观测出参数摄动与负载变化带来的系统扰动,将其作为补偿量补偿到前馈通道,提高系统的收敛速度与抗扰动能力,最后通过仿真和实验,分别验证了该算法的有效性。     

基于BackStepping-积分控制策略的含摩擦伺服系统研究

为了使含摩擦伺服系统能获得较好的控制精度与控制性能,提出了一种基于backstepping-积分的控制策略。首先根据现实中的摩擦效应及以前学者的研究成果,选择相应的摩擦模型,并建立伺服系统数学模型;其次根据反步法推导含摩擦伺服系统的控制律,并通过控制器设计时构建系统的李雅普诺夫函数证明系统的稳定性。仿真结果验证了基于反步法设计控制器的控制效果,但是受摩擦参数变化等因素影响,控制系统存在稳态误差,考虑到PID控制系统中积分环节作用,提出了backstepping-积分复合控制策略,通过引入积分环节,改进了反步控制器的设计方法,仿真验证该复合控制策略对消除系统稳态误差的有效性;最终验证了backstepping-积分控制方法在电机同步控制中的应用效果。     

LCL型逆变器的积分IDA-PBC控制策略

本文基于LCL型逆变器采用互联和阻尼分配无源控制设计控制器,针对控制模型多变量相互耦合和控制结构复杂等问题,对互联和阻尼分配无源控制(IDA-PBC)模型进行等效处理,建立IDA-PBC的去耦等效控制模型,基于该模型提出了一种注入阻尼参数设计方法,推导计算注入阻尼的大小和范围;为了减小并网电流的稳态误差,在IDA-PBC的基础上引入积分控制器,并提出了一种积分IDA-PBC控制策略,动态调节时采用注入阻尼,稳态时采用积分控制,该控制策略兼顾了系统动静态性能,提高系统的全局稳定性。最后,经过实验证明了提出的参数设计方法的合理性以及改进控制策略的可行性。     

基于非线性扰动观测器的永磁同步电机单环预测控制

为改进永磁同步电机控制系统的动态性和鲁棒性,降低控制器参数调整难度,提出了一种基于广义预测控制和非线性扰动观测器的转速–电流单环控制方法。首先,根据永磁同步电机的连续时间模型,通过非线性广义预测控制理论,设计了显式单环预测控制器。然后,针对系统中的电磁和机械参数变化、负载扰动等非匹配扰动,设计了非线性扰动观测器估计系统所有扰动,用于前馈补偿控制,并证明了系统的稳定性。另外,基于无差拍原理设计了电流限幅控制环节,以保证单环控制下电机工作于电流约束内。最后,仿真和试验结果表明,提出的方法动态性能好、超调小,对负载和参数变化抗扰性强,而且控制器只需简单调节预测时域和观测器增益,为工程实现提供了有效途径。     

基于二阶积分滑模的永磁同步电动机速度控制方法

针对永磁同步电机在速度控制中容易受到机械参数变化、外部扰动等影响,以及传统的PI抗饱和控制方法的控制精度低、传统的滑模控制中容易产生"抖振"等问题,提出了一种基于二阶积分滑模的永磁同步电动机速度控制方法。该控制方法通过Lyapunov函数法对二阶滑模控制律进行了设计,针对传统的PI抗饱和在电机速度控制中补偿随意性大、补偿精度低,对传统的PI抗饱和进行了改进;并基于二阶积分滑模控制律,设计了二阶积分滑模控制器,针对二阶积分滑模会造成系统饱和现象,对二阶积分滑模控制器进行了抗饱和设计。仿真实验结果表明:改进后的抗饱和控制器能够有效抑制饱和现象发生,提高了电机控制精度,滑模控制的响应速度明显要比PI控制响应快。     

车载充电机单相PWM整流器自抗扰预测电流控制

单相脉宽调制(PWM)整流器作为车载充电机交直流变换的重要模块,在传统无差拍预测电流控制(DPCC)时存在的参数不匹配、控制时延等诸多问题。此处提出一种自抗扰控制器预测电流控制(ADRC-PCC)方法。在电压回路中,设计ADRC降低二倍频功率波动及电网谐波影响,提高系统动态响应能力。在电流回路中,通过二阶广义积分锁相环(SOGI-PLL)预测k+1时刻电网电压,进而构建逐步逼近调节电网电压补偿系数,减少参数失配和控制延迟影响,提高系统稳定性。最后,依托2 kW单相PWM整流器测试平台对所提ADRC-PCC方法进行测试,实验结果表明,该方法可在负载突变、容性补偿等多模式下实现单相PWM整流器高性能调节,与传统DPCC方法相比动稳态特征和鲁棒性更优。     

基于新型趋近律的永磁同步电机模糊滑模控制

针对永磁同步电机运行过程中由于参数变化和外部扰动造成系统瞬态性能和稳定性变差等问题,提出一种基于改进的幂次指数趋近律的模糊自适应滑模控制器设计方法,将控制器用于永磁同步电机速度控制。引入积分滑模面和模糊自适应方法优化趋近律未知参数,并与传统指数趋近律滑模控制对比。仿真实验表明,该方法能有效降低抖振,提高系统静态性能、动态性能和鲁棒性。     

基于虚拟电阻的双馈风机次同步振荡分数阶PI控制

针对传统方法抑制双馈风机经不同串补电容并网引发的次同步振荡效果不佳的问题,文中提出一种基于虚拟电阻的风机分数阶比例-积分(FOPI)控制策略。首先,分析风电系统次同步振荡发生机理,并以风机并网电流为输入信号设计宽频带次同步电流滤波器,构建出虚拟电阻控制器以增强系统电气阻尼;之后,利用Oustaloup算法改进分数阶积分算子,以网侧变流器控制方程为底层模型重构FOPI电流控制环,分析积分阶次对电流跟踪动态特性的影响;然后,通过引入非线性迭代权重以及学习因子改进传统灰狼优化算法,优化控制策略参数;最后,利用Matlab/Simulink搭建仿真验证模型,结果表明所提策略能有效抑制不同串补度下的次同步振荡,表现出较强的鲁棒稳定性。     

带指令滤波的直驱永磁风机自适应反推积分滑模控制

针对直驱式永磁同步风力发电系统最大功率跟踪问题,提出一种带指令滤波的自适应反推积分滑模控制器。构造了直驱式永磁风力发电系统的非线性模型。基于反推法设计控制器,并引入二阶滑模微分器充当指令滤波器,避免传统反推控制中计算膨胀和控制器饱和问题,并针对滤波误差设计补偿信号。考虑系统运行过程中参数的变化和系统未建模部分的影响,引入投影自适应算法提高系统的动态性能,并确保自适应估计值是有界的。同时为提高系统的鲁棒性,引入积分滑模控制,利用李雅普诺夫方法证明了系统的稳定性。仿真结果验证了所设计控制器的有效性。与传统PI控制、指令滤波反推控制器相比,所设计控制器具有更好的响应速度和鲁棒性。     

基于最优占空比原则的脉频调制策略的应用

传统的开关器件脉频调制(Pulse Frequency Modulation, PFM)控制方法,存在开关频率高、频率不固定且稳定性能不好的缺点,使得它在APF的应用中增加了滤波器的设计难度。为此提出了以最优占空比为原则的改进脉频调制方法。该方法通过最小二乘法获得最优占空比,并依此合理选择控制参数,且在控制器中,引入电网及补偿电压的实时特性,参与开关器件的导通时间、关断时间及滞环环宽的控制,从而实现定频、降损、提高控制精度及动态性能。通过对PFM的传统与改进控制策略的仿真与实验,验证了所提方法的有效性,且该方法易于控制电路的设计。     

基于新型YNvd平衡变压器的电气化铁道同相供电系统

针对电气化铁路牵引供电系统中存在的无功、负序、谐波及过分相问题,提出了一种由新型YNvd平衡变压器、综合潮流控制器(IPFC)组成的同相供电系统。与采用传统的YNvd平衡变压器进行同相供电的装置相比,其通过合理配置新型YNvd平衡变压器绕组的电压等级,节省了1台单相耦合降压变压器,从而降低了整套装置的成本和占地空间。对新型YNvd同相牵引供电系统的补偿原理进行了详细的分析,为实现补偿电流的无偏差跟踪,提出了一种基于广义积分迭代控制算法的电流控制器设计方法。仿真结果证明了所提方法和控制策略的可行性和有效性。     

基于准PR控制的逆变器优化控制

逆变器并网控制过程中往往利用比例积分（PI）控制器追踪信号,然而在正弦电流信号的追踪过程中往往由于冲击性负载的作用,给系统带来稳定性误差和系统扰动等问题,本文提出了一种基于比例谐振（PR）控制技术的准比例谐振（PR）逆变器优化控制策略。首先对PR控制器的原理进行了介绍,通过对PR控制器的改进构成了准PR控制器,重点分析了准PR控制器控制参数对系统性能的影响,从而确定系统最优时控制器的参数,并在准PR控制的基础上添加谐波补偿环,有效消除特定次数谐波。利用MATLAB/Simulink进行仿真实验,对PI控制器与准PR控制器的实验结果进行对比分析,验证了改进的准PR控制能够在逆变器并网系统中实现无静差追踪和稳态误差消除,保证了系统的动态稳定性。     

蚁群优化PI控制器在静止无功补偿器电压控制中的应用

静止无功补偿器(static var compensator,SVC)通常用来进行负荷补偿或系统补偿,在系统补偿时往往用于电压稳定控制,针对电压稳定控制的工况,文中提出一种采用蚁群算法优化PI控制器参数的方法,克服了常规PI控制对被控对象数学模型的依赖性,简单易于实现。蚁群优化算法中,以时间与误差绝对值乘积积分(integral of time-weighted absolute error,ITAE)准则作为寻优目标函数,对PI控制器的比例、积分参数进行调整、寻优,使SVC系统的响应过程达到最优。仿真和实验结果表明,该最优PI控制器能快速跟踪SVC系统的电压设定值,基于该PI控制器的SVC能迅速进行无功补偿,具有较强的适应性和较高的补偿精度。     

基于Lyapunov稳定性理论的电励磁直线同步电机自适应控制

为了提高直线伺服系统的动态性能,克服电励磁直线同步电机存在的参数时变性,设计模型参考自适应速度控制器。系统内环是基于参考模型的速度跟踪控制器,外环自适应机构在线调整速度跟踪控制器的可调参数并使参考模型输出速度与控制对象输出速度之间的广义速度误差趋近于零。采用基于Lyapunov稳定性理论的模型参考自适应速度控制器设计方法,在保证广义速度跟踪误差收敛至零的同时,还保证了模型参考自适应速度控制系统具有稳定性和收敛性。采用欧拉数值积分方法,经过计算机数值仿真计算得到参考模型与控制对象的速度输出和初级交轴电流状态变量的时域响应曲线,验证了该自适应速度控制系统具有全局收敛性。     

A design method of a generalized predictive control system based on parametrization of two‐degree‐of‐freedom integral controllers

A new design method for a generalized predictive control (GPC) system based on parametrization of two‐degree‐of‐freedom integral controllers has been proposed. The objective is to guarantee stability of the control system without depending on the design parameters and to achieve low sensitivity against the plant perturbation and the disturbance. The design procedure consists of two steps. First, we design a basic integral controller for a nominal plant using the linear quadratic Gaussian (LQG) method and parametrize a class of two‐degree‐of‐freedom stabilizing controllers. Next, we tune the feedforward controller to incorporate the GPC method into our control structure. A numerical example is presented to show the effectiveness of the proposed method by comparing it with the conventional GPC method. © 1999 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 129(2): 62–70, 1999     

基于滑模模糊方法的变速风电系统的最大风能捕捉控制器设计

针对具有不确定参数和强干扰的变速风力发电系统,提出一种积分滑模模糊自适应控制器。该控制策略基于带积分补偿的滑模控制器,并利用自适应模糊控制方法,把滑模控制器中的不确定项进行模糊逼近,同时对其中的切换项也进行模糊自适应逼近,从而有效降低变结构控制固有的抖振现象。利用李亚普诺夫函数证明了控制器的稳定性。采用此控制策略,对变速风力发电系统的风轮转速进行跟踪控制,仿真结果显示此控制方法具有较强的鲁棒性和良好的跟踪性能。