DC-DC变换器分数阶PIλ 控制与稳定性分析研究

分数阶PI~λD~μ控制是整数阶PID控制的推广和发展,具有比整数阶PID控制更大的灵活性。然而引入λ和μ后,会对系统的控制性能和稳定范围产生影响。本文以Buck变换器为例,从机理上阐述了分数阶PI~λ控制与传统整数阶PI控制对系统控制性能的影响,分析了分数阶PI~λ控制器中积分阶次λ对Buck变换器稳态性能、动态性能以及对K_p,K_i参数稳定范围的影响。最后通过仿真和实验验证了本文理论分析的正确性。     

锅炉-汽轮机系统的分数阶控制器设计

将分数阶微积分用于系统控制已引起控制学界的广泛关注。分数阶PIλDμ.控制是传统PID控制的推广与发展,积分阶次λ和微分阶次μ的引入使得分数阶控制器具有更灵活的结构和更强的鲁棒性。分数阶PIλDμ控制器对对象参数变化不敏感,对非线性有很强的抑制能力。将分数阶控制器用于多变量非线性控制系统的设计,针对输入受限和不确定性的非线性MIMO锅炉-汽轮机系统设计分数阶PIλDμ控制器,控制器参数整定采用粒子群优化算法。仿真结果表明,获得的分数阶PIλDμ控制器在大范围负荷变化及存在参数、结构不确定性时均能取得满意的控制效果,显示良好的适应性及鲁棒性,与传统PID控制器相比具有明显优势。     

Boost变换器全分数阶化系统分析与控制性能研究

实际存在的系统大多具有分数阶特性,利用分数阶微积分理论对原系统进行建模能够更加准确地描述系统行为,并且用分数阶PID控制器代替整数阶PID控制器可以获得更好的系统性能。首先利用Oustaloup算法对s0.8进行5阶拟合,进而构建出5阶拟合的分数阶电感电容模型,相比10阶模型得到简化。在建立了Boost变换器的分数阶数学模型基础上,采用分数阶PID控制器形成了电压电流双闭环的Boost变换器全分数阶化系统。利用MATLAB软件对分数阶电路模型、分数阶数学模型以及全分数阶化系统进行仿真。研究结果表明,分数阶模型可以更准确地描述Boost变换器特性,分数阶PID控制的全分数阶化系统具有良好的稳态和动态性能。     

基于改进粒子群算法的并网逆变器分数阶PIλDμ控制研究

针对整数阶PID控制器参数选择受限致使并网逆变器系统性能欠佳的问题,文中提出了一种基于改进粒子群算法的并网逆变器分数阶控制策略。分析了分数阶PI^λD^μ控制器的积分阶次λ、微分阶次μ对被控系统动态及稳态性能的影响;将分数阶PI^λD^μ控制器与电流双闭环、电网电压前馈控制相结合,提出一种基于分数阶PI^λD^μ控制器的并网逆变器的电流控制策略,并与传统整数阶PID控制策略进行比较;详细分析分数阶PI^λD^μ控制器的参数取值范围,并采用改进粒子群算法寻优参数。仿真结果表明,采用分数阶PI^λD^μ控制,增强了控制系统的灵活性,降低了并网电流总谐波畸变率,改善了系统的动态性能,提高了系统的电网扰动抑制能力。     

控制系统的分数阶建模及分数阶PI~λD~μ控制器设计

在系统分析与设计过程中,针对高阶动态系统所具有的时滞性,常常利用具有延迟环节的一阶(first order plus time delay,FOPTD)或者二阶系统(second order plus time delay,SOPTD)模型对其进行近似处理,由于建模误差过大影响所描述系统的准确性和控制性能。本文给出了具有延迟环节的新型非整数阶类一阶系统模型(non-integer order plus time delay,NIOPTD),并分别设计了某高阶系统降阶得到的传统模型与新型类一阶系统近似模型,对比分析新型类一阶系统模型的优点与可行性。针对上述3种系统模型(FOPTD、SOPTD、NIOPTD)在频域内给出分数阶PIλDμ控制器新的参数整定方法,通过仿真对比分析得出方法的有效性,并证实分数阶PIλDμ控制器作用于NIOPTD模型具有最好的控制性能和鲁棒稳定性。     

分数阶PIλ控制的双闭环有源电力滤波器

有源电流滤波器(APF)是电网中谐波抑制的一个重要装置,针对传统PI控制器性能上的不足,提出分数阶PIλ的设计思路及方法,系统采用电流内环、电压外环的双闭环解耦直接电流控制策略,双环分数阶PIλ参数采用相位及幅值裕度法整定。仿真结果表明:基于分数阶控制器的APF有更好的动、静态性能和更强的鲁棒性,滤波效果也大为提高。在负载突变的情况下与整数阶系统对比,分数阶的PIλ可以更好的实现内环电流跟踪性和外环电压的稳定性。     

新型UPQC直流电压的PI~λD~μ控制

把分数阶次的PIλDμ控制器引进UPQC直流电压的控制中。利用PIλDμ控制器的工作原理及优点,分别在Matlab和EMTDC/PSCAD实现了PIλDμ控制器和UPQC的仿真,通过两者间的接口实现了PIλDμ对UPQC直流电压的控制。仿真结果证明了该控制器较传统PI控制具有响应速度快和控制结果更精确等明显优势。该控制器能更准确描述系统特性,扩展了系统可能的优化范围,从而为精确控制的实现提供更加广阔的优化空间。     

三相电压型PWM整流器分数阶PID直接功率控制

研究了一种基于分数阶PID控制器的三相电压型PWM整流器直接功率控制方案,在瞬时功率理论的基础上设计了功率内环、直流电压外环的控制结构.由于基于整数阶PI控制器的抗扰性能差且对系统参数变化较敏感,在直接功率控制方法的直流侧电压控制环节引入分数阶PID控制器进行直流侧电压控制,根据系统功率模型采用分数阶控制器频域设计方法设计了分数阶P1D控制器.仿真实验证明,分数阶PID控制方案优于PI控制方案,具有良好的动态性能和较强的鲁棒性,响应速度更快,控制结果更精确.     

基于分数阶PI~λ的MMC并网控制策略

模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)由于其具有输出电平数目多、输出电能质量高等优点被广泛应用到并网逆变系统中,本文针对MMC并网控制提出了基于分数阶PIλ的前馈电流解耦控制策略,在满足系统稳态性能的同时,进一步提高系统的动态性能与鲁棒性。PIλ控制器的参数设计主要结合向量法与ITAE准则,并采用改进的Oustaloup近似算法与Tustin离散化方法实现控制器的数字化应用。通过仿真与实验比较分数阶PIλ控制器与传统PI控制器的控制效果,证明分数阶PIλ控制器具有更好的跟踪性能,更快的响应速度,得到的网侧电流谐波畸变率(THD)更低,更好地实现了MMC并网运行。     

永磁同步风力发电系统的分数阶比例积分控制算法研究

将分数阶比例积分(PIλ)控制器应用于直驱型永磁同步风力发电系统,来达到实现系统高性能控制的目的。重点研究了永磁同步风力发电系统的分数阶PIλ控制器参数设计方法。通过分数阶PIλ控制器系统的仿真研究与试验分析,结果表明:采用分数阶PIλ控制器的系统具有较快的响应速度和较高的功率输出性能,具有一定的发展潜力和实用价值。     

分数阶Buck变换器的最优pIλDμ控制

利用分数阶微积分理论建立Buck变换器的分数阶数学模型和分数阶状态平均模型,研究分数阶Buck变换器的电感分数阶次α、电容分数阶次β对其频域特性的影响。基于Buck变换器的分数阶模型,提出分数阶PI_λD_μ控制方法,构建基于电压型控制的分数阶Buck变换器反馈控制系统,利用遗传算法对分数阶PI_λD_μ控制器参数进行优化整定以获取系统最优控制性能,仿真实验结果表明系统在输入电压扰动、负载扰动下均获得良好的动态、稳态性能,对反馈控制系统参考电压扰动有良好的跟随性能,该方法可以改善分数阶Buck变换器系统的综合控制性能,提高系统的控制鲁棒性。     

基于神经网络分数阶控制的逆变电源控制策略

为了提高逆变电源的电压输出波形质量,增强电源控制系统的快速响应特性,提出了神经网络自整定分数阶控制器的控制策略。在介绍三相逆变电源电路模型及分数阶PIλDμ控制器的基础上,采用改进的BP算法对分数阶控制器的参数进行自适应整定,组成逆变电源神经网络分数阶控制器。仿真结构表明,改进的神经网络分数阶控制器控制下的电压输出波形质量及系统的快速响应特性均优于传统的神经网络分数阶控制器,而实物调试实验进一步证明了所设计的控制器的有效性。     

分数阶PIα控制器在直流调速中的应用

以改进的分数阶微积分Oustaloup滤波器算法为理论基础,建立分数阶PIα控制器,并将其应用到直流调速系统中。给出转速闭环控制直流调速系统的稳态结构框图和转速闭环无静差直流系统电路仿真模型,并将分数阶控制器和传统整数阶PID控制器应用到结构图和电路图中进行MATLAB/SIMULINK软件仿真。通过仿真比较和分析,验证了分数阶PI控制具有更好的控制效果。     

改进FOPID控制器在PMSM伺服系统中的研究与应用

分数阶PIλDμ(FOPID)控制器在PID控制器的基础上增加了2个控制参数λ和μ,具有更高的灵活度及控制精度。将分数阶PIλDμ控制器应用于永磁同步电机(PMSM)调速系统能有效提高其性能指标。由于增加了控制参数,参数整定难度也随之提高。研究了通过粒子群算法对FOPID控制器参数整定,并引入自适应权重策略和混沌局部搜索策略来克服粒子群算法容易早熟的缺点。仿真和系统实际运行效果证明了该方法的可行性。     

PMSG风力发电系统最大风能追踪的分数阶控制

在总结分析基于永磁同步发电机PMSG(permanent magnet synchronous generator)的风力发电系统数学模型的基础上,以PMSG风力发电系统的最大风能追踪为控制目标,引入分数阶PIλ控制理论,设计了基于分数阶pIλ的PMSG风力发电系统控制方案,采用遗传算法对分数阶PIλ控制器的参数进行优化整定.在Matlab/Simulink软件平台上建立了PMSG风力发电系统的仿真模型,并与传统整数阶PI控制进行了对比.采用分数阶PIλ控制方案使风力机在额定风速以下能够有效地保持最佳叶尖速比运行,系统控制性能得到有效提高,有较强的鲁棒性.仿真结果证明了该方案的可行性与正确性.     

开关磁阻电机最优分数阶PIDμ控制器设计

开关磁阻电机(SRM)调速系统中的PI控制器通常表现出动态性能差、控制精度低和转矩脉动大的问题,加入微分环节的PID控制器虽然可以有效提高控制性能,但因PID控制器具有微分环节,较大的系统噪声容易引起震荡,造成电机运行不稳定。针对这一矛盾,引入分数阶微分环节,设计了一种分数阶PID~μ控制器。选择系统的速度响应构建目标优化函数,采用灰狼优化算法整定控制器参数得到最优参数。搭建SRM双闭环调速系统仿真模型,速度环采用分数阶PID~μ控制方式,电流环采用电流斩波和脉冲宽度调制(PWM)分时控制方式。将转速突变和负载突变作为干扰,对PI控制器和分数阶PID~μ控制器的控制性能进行对比实验。结果表明,所设计的参数最优分数阶PID~μ控制器保留了PI控制器结构简单,设计方便的优点,同时表现出更快的响应速度和控制精度,对SRM转矩脉动具有很好的抑制作用。     

基于分数阶PI~λ控制器的永磁同步电动机调速系统研究

<正>为了使交流永磁同步电动机调速系统的控制性能提高,将分数阶比例积分控制器应用到控制系统当中。采用粒子群优化参数的方法整定分数阶控制器的各项参数,并将分数阶比例积分控制器与整数比例积分控制器分别应用于同一控制系统中进行仿真比较。结果表明:分数阶PIλ控制器与整数阶PI控制器相比,拥有更良好的快速性、稳定性及抗干扰能力。     

光电吊舱的分数阶鲁棒控制器设计与仿真

针对光电吊舱整数阶模型精确性不高以及传统PID控制器鲁棒性不强的问题,提出一种变阶次算法根据整数阶受控对象模型变阶次得到分数阶受控对象模型,基于分数阶受控模型采用数值最优化分数阶控制器参数整定规则设计光电吊舱的分数阶控制器,对光电吊舱分数阶控制系统与整数阶控制系统进行了仿真对比试验.实验结果表明,提出的变阶次算法得到的...     

模块化多电平变换器分数阶PIl环流抑制策略

模块化多电平变换器(modular multilevel converter, MMC)内部环流增加系统功率损耗,加剧桥臂电流畸变。针对传统PI环流控制器存在鲁棒性较差、控制精度有限等问题,将分数阶PI? 控制器应用于MMC环流抑制。首先,对MMC工作特性进行分析,阐述环流产生机理。其次,研究分数阶PI? ?控制结构,并设计MMC分数阶PI? 环流抑制策略。然后,采用经典频域法优化分数阶PI? 控制器参数,并对分别采用传统PI和分数阶PI? 控制器的系统环流控制性能进行对比分析。最后,在相同条件下,通过对采用上述两种环流抑制策略的MMC系统,分别在电源扰动、直流侧电压阶跃和三相不平衡工况下进行仿真研究。结果表明,分数阶PI? 环流抑制器的抗电源扰动性和环流抑制能力均优于传统PI环流抑制器,更适用于MMC此类的非线性系统的控制。     

基于预测模型双模糊分数阶PID的BLDCM调速系统优化控制

无刷直流电机（BLDCM）具有复杂的非线性系统,强耦合、变量多等特点,传统的PID控制无法获得满意的控制效果。为此,在模糊控制、分数阶微积分及模型预测相关理论的基础上,提出了预测模型双模糊分数阶PID控制器。分数阶控制为系统提供更多的控制余度,并采用一种间接算法（Oustaloup算法）完成整数阶PID控制的延伸和扩展,模糊控制实现分数阶PID控制参数的在线调整;建立预测模型,并引入模糊控制动态调整预测模型系数K值,实现更加精确的控制。针对模糊分数阶PID控制器中参数选择,又提出了一种改进的万有引力算法进行参数优化,增强控制器的自适应能力。仿真结果表明:基于改进万有引力算法的预测模型双模糊分数阶PID控制的BLDCM调速系统较传统的PID控制具有更快的响应速度、更小的超调量及抗负载扰动能力强等优良的动、静态性能指标。