BUCK型开关变换器分数阶PI~λD~μ控制研究

常规的PID控制策略已经很难满足DC-DC开关变换器高精度、高稳定性和快速动态调节特性的要求。分数阶PIλDμ控制器将传统的PID控制器的阶次推广到分数领域,它不但适合于分数阶系统,也适用于整数阶系统,并能够取得一些优于整数阶PID控制器的效果。最后给出了基于ITAE最优和遗传算法的PIλDμ控制器参数整定方法,并应用于Buck型变换器中。实验结果表明该控制器不仅能提高系统的控制品质,而且对系统参数的变化并不敏感,具有更灵活的结构和更强的鲁棒性。     

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。     

电动汽车双向DC-DC变换器分数阶PIλ控制

针对电动汽车复合储能系统中两相交错双向DC-DC变换电路,基于分数阶微积分理论,在电能流动的两个方向中,均采用超级电容电流内环、输入电压外环的双闭环控制策略,为每环设计分数阶PI^λ控制器。通过建立双向变换电路不同工作模式下的小信号数学模型,依据穿越频率和转折频率特性对各分数阶控制器的三个参数进行整定。通过Matlab/Simulink分别搭建整数阶控制和分数阶控制下的电路仿真模型,对比分析变换器在不同控制作用下的稳态性能和动态性能,结果表明:分数阶控制时,变换器输出电压可更快到达稳态值,在电动汽车负载变化迅速的情况下,更具优越性。     

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。     

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。     

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。     

基于电荷控制的Buck变换器

介绍了一种新的单周期控制方法——电荷控制法。通过对开关电流的控制,使其在一个周期内达到期望值。在详细分析电路工作原理的基础上,推导出电荷控制Buck电路的控制电路和主电路数学模型。Pspice仿真和实验结果表明,系统的稳定性不仅与占空比D有关,而且与电路的电感、负载及工作频率有关。若参数选择合理,则系统可在D>0.5条件下稳定工作。该控制在每个周期对开关管上的电流进行积分,有较强的抗干扰性,所以能有效抑制负载扰动。实验测得电荷控制Buck电路功率因数PF=0.99,电流畸变率THD=8.4%。     

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。     

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。     

Buck变换器多幂次趋近律滑模控制研究

为使Buck变换器输出电压响应速度快、增强系统鲁棒性及控制精度,削弱传统滑模控制的抖振现象,提出了一种基于多幂次趋近律的滑模控制策略。根据Buck变换器工作模式,利用状态空间平均化法建立了数学模型,并基于多幂次趋近律设计了对应的滑模控制器。仿真和实验结果表明,相对于传统PI控制策略,采用基于多幂次趋近律的滑模控制策略可使Buck变换器动态响应更快,鲁棒性更好。     

谷值电流控制三电平Buck变换器

三电平Buck变换器能使开关管的电压应力减小为输入电压的一半,使电感电流脉动频率为开关频率的两倍,减小滤波器的尺寸.为了实现以上的优点,使变换器具有较高的功率密度,必须保持飞跨电容的电压为输入电压的一半.为此,采用谷值电流控制的方法,通过平衡电感电流来调节飞跨电容上的电压,实现飞跨电容电压稳定.建立三电平Buck变换器谷值电流控制的小信号模型,以获得小信号传递函数模型,进而对其补偿网络进行了设计.仿真验证了理论的正确性和控制策略的可行性.     

基于分数阶滑模控制的直接矩阵变换器控制策略研究

直接矩阵变换器是一个无中间直流环节的AC-AC变换器,但是它和传统的间接矩阵变换器一样,在电网电压不平衡时其输出性能会下降。针对这一问题,提出了一种分数阶滑模控制以改善矩阵变换器的输出性能。首先,分析了矩阵变换器的拓扑结构和数学模型,得到了不平衡电网下的输出功率,并且根据输出功率表达式设计对应的输出补偿。其次,结合控制目标和直接矩阵变换器的数学模型设计出应用于不平衡电网的分数阶滑模控制器。所设计的控制器旨在实现恒定的有功功率,同时以单位功率因数输入。接着,结合输出补偿使输出的有功功率无脉动,同时无功功率能够跟踪参考信号。最后,在Matlab/Simulink和RT-LAB实验平台建立对应模型,验证该算法的有效性。实验结果表明,分数阶滑模控制在控制性能上要明显优于传统PI控制。     

Lyapunov模式控制Buck变换器

探索了开关功率变换器的Lyapunov模式非线性控制策略。以Buck变换器为例,构造了含有电容电压误差项、电感电流误差项及其积分项的三项式Lyapunov能量函数,导出了满足系统稳定收敛的控制方程。通过引入积分复位控制电路和简化的电压外环控制电路,构建出Lyapunov模式控制的等效模拟控制电路,基于系统线性化模型给出了控制参数的选取以及系统性能分析。最后给出仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性。     

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。     

Buck变换器的数字模糊PID控制

由Buck电路的状态空间平均法，可得到其电压控制下的动态小信号模型，并应用PID实现其精确控制。为提高控制精度和抗干扰能力，用模糊控制对PID参数进行实时整定，给出了仿真与实验结果及结论。     

Buck变换器滑模控制的研究与实现

研究滑模变结构控制策略在Buck变换器中的应用,提出基于PWM技术的滑模控制器,解决Buck变换器滑模变结构控制性能受元器件开关速度影响的问题;设计控制器实现电路,研制实验样机,并进行实验。实验结果表明采用本文提出的方法控制Buck变换器,控制精度高,动态响应快,且系统对输入电压波动和负载变化等干扰具有很强的鲁棒性。     

电压模式Buck变换器的分岔控制

应用谐波平衡法推导出带PI补偿电压模式Buck变换器的输入电压分岔点表达式.运用数值计算近似求得PI调节参数和分岔点的关系曲线,明确了系统高频(快标)行为的稳定性主要取决于PI调节器的比例因子.同时给出了延迟反馈控制(Time.Delayed Feedback Control,TDFC)参数与系统分岔点的数值关系曲线,并完成了TDFC控制Buck变换器分岔行为的仿真和实验分析,结果表明了所提的分析方法及控制思路的有效.     

一种新型Buck单周控制变换器

基于单周控制器控制的Buck变换器具有很强的抗输入电压干扰能力,但抑制负载扰动能力较差、输出有稳态误差。根据单周控制Buck变换器存在的主要问题,通过将单周控制器和一种类似滞环控制的非线性控制器组合起来形成一种新型误差自适应单周控制器。该控制器根据输出误差的不同为单周控制器选择不同的参考信号,从而提高了变换器的动态响应性能,比传统的单周控制器具有更好的动态性能以及指令跟踪能力。仿真结果证明了这种控制方法的有效性。