基于滑模變結(jié)構(gòu)控制的電壓型組合式逆變器和電流源逆變器控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展以及用戶對(duì)電能質(zhì)量要求的提高，逆變器在許多領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，對(duì)逆變器的控制性能要求也越來越高。滑模變結(jié)構(gòu)控制本質(zhì)上是一類特殊的非線性控制技術(shù)，其具有穩(wěn)定范圍寬、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、對(duì)參數(shù)變化和擾動(dòng)不敏感等優(yōu)點(diǎn)。從逆變器本身的開關(guān)工作特性來說，它正是周期性的變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，滑模變結(jié)構(gòu)控制策略是對(duì)它具有強(qiáng)適用性的控制方式。 論文在總結(jié)，歸納現(xiàn)有的逆變器控制技術(shù)基礎(chǔ)上，圍繞逆變器的滑模變結(jié)構(gòu)控制技術(shù)展開研究，提出了幾

2、種連續(xù)和離散時(shí)間系統(tǒng)的滑模變結(jié)構(gòu)控制策略，并將其分別應(yīng)用到Buck電壓型組合式逆變器和電流源逆變器中，取得了比較好的控制效果。其中，電流源逆變器被應(yīng)用于繼電保護(hù)測(cè)試儀中，該測(cè)試儀是在繼電保護(hù)裝置投入運(yùn)行或檢修時(shí)，對(duì)繼電保護(hù)裝置的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試，以保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。 首先，論文提出了一種應(yīng)用于Buck型組合式逆變器的連續(xù)三階滑模變結(jié)構(gòu)控制策略．在傳統(tǒng)的比例微分二階滑模的基礎(chǔ)上，加入了輸出電壓偏差的積分環(huán)節(jié)，使

3、系統(tǒng)本質(zhì)上消除了穩(wěn)態(tài)誤差，同時(shí)保證相應(yīng)的動(dòng)態(tài)性能。文中采用李導(dǎo)數(shù)分別給出了二階和三階滑模變結(jié)構(gòu)控制器詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法相比，該方法使整個(gè)過程更加簡(jiǎn)明、更具系統(tǒng)性。文中采用映射法詳細(xì)分析了三階滑模變結(jié)構(gòu)控制策略的滑模運(yùn)動(dòng)和滑模切換區(qū)，給出了其滑模面系數(shù)的具體選取方法。論文分別給出了上述兩種控制策略的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了分析和設(shè)計(jì)的正確性。 其次，論文詳細(xì)討論了基于三種常用的離散趨近率的滑模變結(jié)構(gòu)控制策略，

4、在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于離散變速趨近率的滑模變結(jié)構(gòu)控制策略，并將其應(yīng)用到電流源逆變器系統(tǒng)中，該控制方法使系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變化和外部擾動(dòng)具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，而且使系統(tǒng)能夠漸近穩(wěn)定于原點(diǎn)。基于電流源逆變器系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型，論文給出了該離散滑模變結(jié)構(gòu)控制器的具體設(shè)計(jì)過程，同時(shí)詳細(xì)分析設(shè)計(jì)了該控制器的離散滑模切換區(qū)，并在此基礎(chǔ)上給出了離散滑模面系數(shù)和趨近率參數(shù)的選取范圍。建立了Matlab/Simulink仿真模型以及實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，對(duì)基于離散等速趨近率和離散變

5、速趨近率的滑模變結(jié)構(gòu)控制器進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)比較。 為了解決離散變速趨近率動(dòng)態(tài)響應(yīng)和系統(tǒng)抖振之間的相互影響，本文進(jìn)一步提出了一種新穎的基于衰減變速趨近率的離散滑模變結(jié)構(gòu)控制策略。該控制方法既保留了離散變速趨近率的優(yōu)點(diǎn)，又加快了系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定速度，同時(shí)減小了系統(tǒng)的抖振。論文將該控制策略應(yīng)用到電流源逆變器系統(tǒng)，分析設(shè)計(jì)了離散滑模切換區(qū)的范圍，同時(shí)討論了該控制器各個(gè)系數(shù)的選取范圍，使系統(tǒng)能夠漸近穩(wěn)定于原點(diǎn)，且保證該離散滑模變結(jié)構(gòu)控制策略

6、滿足滑模條件和收斂條件。仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于離散衰減變速趨近率控制的電流源逆變器系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能以及對(duì)外界擾動(dòng)和參數(shù)變化良好的魯棒性。 然后，論文將狀態(tài)預(yù)測(cè)觀測(cè)器引入離散滑模變結(jié)構(gòu)控制器中，基于離散時(shí)間系統(tǒng)能控性和能觀性的基本理論，提出了基于狀態(tài)預(yù)測(cè)觀測(cè)器的離散滑模變結(jié)構(gòu)控制策略。該方法利用狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)變量進(jìn)行超前一拍預(yù)測(cè)，獲得超前一拍控制量，較好地解決了數(shù)字控制一拍滯后的問題，從而更好地改善了基于離散滑模變結(jié)構(gòu)

7、控制的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性。在電流源逆變器系統(tǒng)離散狀態(tài)空間方程的基礎(chǔ)上，利用狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置理論，文中詳細(xì)給出了狀態(tài)預(yù)測(cè)觀測(cè)器系數(shù)矩陣的設(shè)計(jì)過程。在實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上對(duì)文中所提出的控制策略進(jìn)行了具體的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了分析和設(shè)計(jì)的正確性。 最后，論文將滑模變結(jié)構(gòu)控制和無源性控制相結(jié)合，提出了一種新穎的離散無源性滑模變結(jié)構(gòu)控制策略。利用無源性控制的控制方法簡(jiǎn)單、魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)，較好地減小了離散滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的抖振?；趧?dòng)力學(xué)能量