基于微分平坦理论的单相PWM整流器直接功率控制

在αβ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。

基于微分平坦理论的PMSM无差拍电流控制算法

电流环的响应速度决定永磁同步电机(PMSM)伺服系统的响应速度。无差拍电流控制虽然能使电流环具有良好的响应速度,但它需要精确的电机参数,特别是电机电感的变化会影响系统的稳定性,当电感变为额定电感的0.5倍时,系统不稳定,鲁棒性差,同时还存在采样延时,降低了系统稳定范围。针对这些问题,首先进行延时补偿,然后将微分平坦控制加入无差拍电流控制算法中提高系统的鲁棒性并给出系统稳定范围,使电流环同时具有良好的响应速度和鲁棒性,最后通过仿真和实验验证所提算法的有效性和实用性。

基于微分平坦理论的双有源桥式变换器的单移相控制

针对双有源桥式(Dual Active Bridge,DAB)变换器系统受到扰动时动态响应速度慢,基于微分平坦理论,结合单移相控制,提出了一种平坦控制策略。设计DAB变换器平坦控制系统,包括前馈控制和非线性误差反馈控制两部分:前馈控制利用期望输出来规划状态变量轨迹;非线性误差反馈对平坦输出进行校正,消除误差。证明了平坦控制的稳定性,最后在仿真平台上分别对DAB变换器平坦控制和PI控制进行仿真,结果表明:在DAB变换器输出电压给定值改变、输入电压波动以及负载突变时,平坦控制策略下DAB系统可以更快达到输出稳定,系统具有更好的动态性能。

基于微分平坦理论MMC-RPC的PIR控制策略

为综合治理牵引供电系统的负序、无功、谐波等电能质量问题,分析V/v变压器左右两侧供电臂上的功率关系,通过转移有功功率、补偿无功功率和分离谐波功率等方式综合治理电能质量问题。同时,在对铁路功率调节器(MMC-RPC)采用准比例谐振控制的基础上引入微分平坦控制理论(FBC)。运用微分平坦理论,在MMC-RPC供电臂上的动态数学模型中选取有功电流和无功电流作为系统输出量,使其满足微分平坦系统的条件。对微分平坦系统进行李雅普诺夫稳定性分析,采用比例积分和Quasi-R并联控制,设计出微分平坦控制器。在Matlab/Simulink中搭建仿真系统,模拟几种不同的运行工况进行仿真,并与其他控制方式进行对比,所得波形验证了该控制策略的有效性与优越性。

基于微分平坦理论的APF直接功率控制

为改善传统有源滤波控制需要将非线性系统线性化的问题,研究了一种基于微分平坦理论的直接功率控制.在αβ坐标系下建立带有源电力滤波器的12脉波整流电路电压和功率的数学模型,通过前馈控制和非线性误差反馈补偿设计控制器,在MATLAB 2016a/Simulink中进行仿真验证.仿真结果表明:所提出的理论控制策略是有效的,直流侧电压有较好的稳定性,功率跟踪性良好,鲁棒性好.

基于微分平坦理论的PMSM电流环控制器设计

将基于平坦控制(FBC)运用到永磁同步电机(PMSM)电流环控制器的设计中,来提高电流环的动态性能。简单介绍微分平坦系统的理论和平坦控制的架构,证明电流环平坦性;然后设计了基于FBC电流环控制器,包括前馈控制量的产生和误差反馈补偿,根据系统期望输出量在空间规划状态变量的前馈控制量,用PI控制器产生消除的误差反馈量,且前馈控制量在控制系统中处于主导地位从而提高电流环的动态性能,并推导出电流环的闭环传递函数;搭建仿真模型,验证控制算法的有效性。

三相并网逆变器微分平坦控制策略

对并网逆变器的控制传统方式通常将非线性系统线性化后设计控制器,根据微分平坦理论直接对并网逆变器设计非线性控制器。首先建立了并网逆变器的数学模型,根据微分平坦理论基本定义证明了并网逆变器具有平坦性,并设计相应的控制器。控制器主要分为两部分:参考轨迹生成和轨迹实现,轨迹生成是指在选取合适系统平坦输出量在空间规划状态变量的参考轨迹,轨迹实现部分则利用前馈参考轨迹和反馈误差补偿量根据系统状态方程生成并网逆变器的输入控制量,同时前馈量处于控制系统的主导地位使得整个系统的动态性能得到提高。最后通过搭建仿真模型验证了文中提出的控制策略的有效性。

一种新型微分平坦无极灯镇流器的研究

为了改善无极灯的效率和性能,设计一种基于微分平坦理论控制的无极灯镇流器。通过引入微分平坦理论,使用李雅普诺夫稳定性原理设计出控制策略,既可以保证系统的稳定性与可靠性,还可以提高系统的效率。该文分析了Boost升压变换器的微分平坦性,构造了李雅普诺夫能量函数及确定其控制规律,分析了控制策略的可行性与正确性。最后,基于DSP2812制作了一台100 W的实验样机,实验结果表明,基于微分平坦控制理论设计的控制系统具有稳定性好、调节能力快以及效率高等优点。

模块化多电平换流器功率平坦控制策略

首先,建立了ab坐标系下模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)交流电压与功率之间的数学模型,结合微分平坦理论提出一种可适用电网正常和故障2种工况下的MMC直接功率平坦控制策略。控制器分为前馈控制和误差补偿2部分:前馈控制根据期望输出及输入控制变量与输出量之间的数学关系,规划系统控制变量的运行轨迹;误差补偿环节消除系统不确定因素和外部干扰引起的实际输出与期望输出间的误差。为获取电网电压不平衡功率参考值,提出一种无需电流正负序分离的功率补偿方法。仿真结果表明,所提出的控制策略在电网电压平衡和故障2种工况下运行良好,且不受电感参数变化和电网频率偏移的影响。

并联型有源电力滤波器功率平坦控制策略

随着地铁配电系统谐波含量不断增多,并联型有源电力滤波器(shunt active power filter,SAPF)也逐渐取代传统谐波处理装置。建立了αβ坐标系下SAPF中PWM变流器交流侧输出电压与功率之间的数学模型,为了使SAPF在无需精确数学模型条件下仍具有良好谐波抑制效果,通过选取变流器交流侧输出功率作为状态变量及系统输出量,交流输出电压为输入控制变量,提出了一种基于微分平坦理论的功率平坦控制策略。控制器设计通过参考轨迹前馈控制和误差反馈补偿等两部分实现,前馈控制根据期望平坦输出及输入控制量与输出变量间的数学关系规划系统控制状态量参考轨迹,误差反馈补偿消除输出实际值与期望值之间误差值。仿真结果表明所提出控制策略的有效性,谐波补偿效果明显,为SAPF功率控制器设计提供了一种新的思路。

MMC-RPC的功率同步平坦控制策略

为解决牵引供电系统中电能质量差、抗扰动性弱以及常规解耦矢量控制中短路比对锁相环参数的影响问题,在功率同步控制的基础上,结合电流矢量控制和微分平坦理论,提出一种适用于模块化多电平换流器型铁路功率调节器的功率同步平坦控制策略。功率同步环将模块化多电平换流器模拟成同步发电机,为牵引网提供惯性支撑。基于微分平坦的电流环由前馈控制和动态误差反馈2个部分组成,能有效限制短路电流,提高了电流环的动态响应特性。在MATLAB/Simulink中搭建仿真系统,通过与功率同步控制策略进行对比,并在3种不同工况下进行仿真,仿真结果验证了该控制策略响应速度快且精度高。

适用于MMC-MTDC的自适应斜率平坦控制策略

为了维持模块化多电平换流器多端直流输电系统的电压稳定及换流站间功率的平衡,提出一种基于微分平坦理论的自适应斜率控制策略。控制器分为前馈双环控制和动态误差反馈控制:前馈控制根据系统期望平坦输出参考轨迹和系统状态变量及输入变量之间的函数关系,得到控制系统的主导控制量;误差线性反馈控制可以消除系统扰动和外界干扰对规划轨迹的影响,增强系统响应速度和稳态暂态特性。最后建立五端MMC-MTDC模型,分别在稳态潮流翻转和主站故障退出2种工况下进行仿真验证。结果表明该控制策略可以根据电压变化方向及换流站裕度对下垂曲线斜率实时控制,避免换流站满载甚至过载运行,达到各个换流站之间功率的最优分配。

T型三电平充电模块的平坦-QPR控制策略

为提高直流充电桩T型三电平充电模块的鲁棒性能和动态性能,减小网侧电流谐波含量,提出一种基于微分平坦理论与准比例谐振控制(QPR)相结合的新型双闭环控制策略。该控制策略内环采用无需解耦的准比例谐振控制,外环采用以电容能量为平坦输出的平坦控制。对T型三电平模块的工作原理进行分析,并给出该控制策略的具体实现方案。在仿真平台将该控制策略与传统PI控制进行对比,仿真结果表明:基于微分平坦理论与准比例谐振控制的双闭环控制策略改善了T型三电平的鲁棒性和动态性能,输出电压稳定,交流侧谐波含量少。

考虑功率裕度的MMC-MTDC改进下垂平坦控制策略

针对基于模块化多电平换流器的多端直流输电系统(MMC-MTDC)功率协调控制和直流电压稳定问题,在改进下垂控制的基础上引入微分平坦控制(FBC)理论,提出一种考虑功率裕度的改进下垂平坦控制策略。该策略考虑不同工况下下垂控制站的实时功率裕度,根据各换流站裕度大小来合理分担系统中存在的不平衡功率,避免换流站满载。同时引入微分平坦控制理论设计电流内环控制器,替代传统电流内环的直接电流控制。控制器由期望前馈控制和误差反馈补偿两部分组成,前馈控制产生主导控制量,误差反馈补偿消除系统模型不确定性和内外部扰动等因素造成的影响,对控制量进行修正,准确跟踪期望值,有效提高了系统响应速度。以一个并联四端MMC-MTDC系统为例的仿真结果说明了所提控制策略的有效性。

RLV末端能量管理段的在线轨迹规划算法

针对传统的可重复使用运载器(reusable launch vehicle,RLV)末端能量管理段轨迹生成算法存在的在线规划能力有限和制导精度不够的问题,提出了一种基于内核提取协议和微分平坦理论的三维在线轨迹规划算法。首先,推导给出了以高度为自变量、动压为状态变量的RLV三自由度运动方程组;然后,利用新方程组的平坦特性,选取纵程、横程和动压为相应的平坦输出,建立了不包含微分方程的最优控制问题;随后,采用分段B样条参数化平坦输出,将最优控制问题离散化得到非线性规划问题;最后,采用基于序列二次规划算法的稀疏非线性优化器进行求解。仿真结果验证了该末端能量管理段在线轨迹规划算法的有效性。

一种新型的MMC-RPC功率控制策略

为综合治理牵引供电系统中的电能质量问题,分析V/v变压器左右两侧供电臂上的功率关系,通过有功功率平衡、无功功率补偿以及谐波功率分离等方式综合治理无功功率、谐波、负序等电能质量问题。同时,在对基于模块化多电平的铁路功率调节器(MMC-RPC)直接功率控制的基础上引入微分平坦控制理论。选取供电臂上的有功和无功功率作为系统的输出量,并结合微分平坦理论证明其满足微分平坦条件,使得整个MMC-RPC为微分平坦系统。控制系统由前馈控制与误差反馈控制两部分组成,前馈控制环节产生主控制量,反馈控制环节产生修正控制量。在MATLAB/Simulink中搭建仿真系统,模拟不同的工况进行仿真,并与其他控制方式进行对比,所得结果验证了该控制策略的有效性与优越性。