图腾柱功率因数校正器的二自由度控制分析

TPFC一般采用一自由度输出电压控制,在负载变化时输出电压动态特性较差,且启动过程存在明显超调。本文在推导TPFC双闭环控制结构基础上,引用了负载电流前馈控制和输出电压反馈补偿控制,构成两种二自由度(2DOF)控制结构。仿真分析表明,负载电流前馈型2DOF控制可以有效抑制负载变化引起的输出电压波动,但启动过程超调明显;输出电压反馈补偿型2DOF控制可以实现输出电压无超调启动,但是抑制负载变化的能力较差;综合负载电流前馈型和输出电压反馈补偿型的2DOF控制获得满意的输出电压控制效果,表现为启动过程无超调和变载过程无波动。

基于扰动观测器的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法研究

传统的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法主要依赖前馈控制环路,虽然逆变器电流局部控制效果更佳,但很难满足前馈控制的需求。为此,设计了一种基于扰动观测器的电压源型逆变器负载电流前馈控制方法。该方法通过提取逆变器负载扰动电流的前馈特征,引入扰动电流作为前馈信号,将前馈点作为输出电压,得到了逆变器负载电流的动态变化规律。同时,基于扰动观测器控制电压源型逆变器的电流偏差量,将负载电流作为外部扰动信号来抑制非线性负载的干扰,以满足对负载电流的前馈控制需求。通过仿真实验验证了该方法具有较好的前馈控制效果。

并联型APF两种典型控制方式的机制解析

并联型有源电力滤波器(parallel active power filter,PAPF)存在着常规控制和直流侧电压反馈控制两种典型控制方式,但是对于两者之间的内在关联尚缺乏较深入的研究。该文对基于"p-q"理论的并联型APF常规控制进行等效和演化,通过数学推导发现:常规控制方法可认为是在直流侧电压反馈的基础上加入了负载基波电流前馈;且不同补偿目标下,前馈电流的成分也不同,可能是全部的负载基波电流,也可能是其中的有功分量。此外,在常规控制策略中的前馈作用和反馈作用大小也存在差别。最后,仿真和实验结果验证了上述分析的正确性。该研究对于理解和把握并联型APF的控制机制具有较重要的参考价值。

直流电容储能反馈和负载功率前馈的Boost变换器控制策略

从Boost变换器的状态空间平均方程数学模型出发,推导出其功率传递关系。在此基础上提出了一种以电流作为内环、直流侧电容储能作为外环的反馈控制策略,电流内环采用滞环电流控制,电容储能外环采用PI调节器控制,并设计了相应的控制器。为了进一步提高系统的快速性,减小负载扰动对系统的影响,引入负载功率的前馈,并给出了前馈功率的估计算法。实验比较了传统的电压电流双闭环和所提控制策略的动、稳态特性,结果表明,所提出的控制策略能满足系统稳态时的控制要求,并且较传统的电压电流双闭环控制策略具有更好的动态特性。

基于前馈控制的等离子体电源恒流控制策略

为抑制负载扰动对恒流控制的影响,针对等离子体负载需求,提出一种基于前馈控制的等离子体电源恒流控制策略。首先根据恒流源的开环传递矩阵,探讨输出导纳对恒流电源负载扰动的影响机理,然后在分析等离子体负载模型以及电弧放电所带来的负载扰动问题的基础上,将电压前馈控制引入电流闭环中。从降低恒流控制变换器的等效导纳的角度,进行电压前馈补偿函数的设计,并分析负载模型参数对前馈补偿函数的影响,对比引入电压前馈控制前后负载扰动的噪声衰减情况。仿真和实验结果表明,基于前馈控制的等离子体电源恒流控制策略能有效抑制等离子体负载突变对恒流输出的扰动,改善了恒流控制系统的动态响应性能,并对减少溅射镀层缺陷、提高膜层质量有良好的效果。

快速响应的多电平双向电源及高精度电压控制方法

提出了一种快速响应的多电平双向电源及高精度电压控制方法 ,通过负载电流的中高频分量前馈,有效提高了系统的动态响应速度,并降低冲击性负荷下电源输出电压的剧烈扰动,增强了多电平电源的抗扰性能;同时针对电压环提出准比例谐振QPR(quasi-proportional resonance)+重复控制的控制方式,实现了输出电压在基频和主要次谐波频率处的无静差控制,从而提高了多电平电源输出电压的控制精度。所提控制方法能够有效提高系统的动态响应性能及其输出电压的控制精度,增强系统稳定性,可用于解决海岛国防设施和民用设备可靠供电的难题。

基于负载转矩观测的永磁同步电机抑制转速脉动控制方法

在电机调速系统中,需要抑制由负载转矩的周期性波动引起的转速脉动,单纯依靠转速调节器难以获得理想的转速脉动抑制效果。对于无法安装位置传感器的永磁同步电动机,只能通过软件观测转子的转速和位置,更加大了抑制转速脉动的控制难度。本文采用一种基于假设旋转坐标系的无位置传感器观测方法,对转子位置和转速进行观测,并通过转速信息进一步观测负载转矩中的周期性脉动分量。在此基础上,提出一种负载转矩电流前馈补偿方法,依据观测得到的负载转矩波动幅值对电动机转矩电流的给定值进行相应的前馈补偿,从而抑制转速脉动,明显提高了转速调节器的控制性能。通过带模拟空调压缩机负载实验,验证了所提方法的有效性。

储能换流器动态过程分析与前馈控制改进策略

低压直流配电网通过母线分段降低了每段母线所承担的功率容量,使大范围内的直流供电成为可能。考虑配电网负荷多元化及用电的随机性,直流母线电压会时有波动,因此需在敏感负荷区配置储能装置,以提高供电质量及供电可靠性。为此,文中首先选取并实现了三重化DC/DC换流器拓扑以增大储能换流器(SC)容量,以及提高母线失电状态下储能装置的供电时间;同时基于载波移相的定电压控制,在减小电压偏差的同时降低电流纹波,从而提高电能质量。其次,为应对配电网内功率波动,缩短暂态响应过程,对SC输出电流的动态响应过程进行了深入分析并建立了小信号模型;基于动态过程分析设计了将电压偏差引入电流内环的前馈控制策略,且进行了缺陷分析与改善设计。最后进行了实验验证。

带LC滤波器的逆变器双环控制改进策略研究

从逆变器的模和控制入手,针对电容电流(电感电流内环)、负载电压外环的双PI控制存在的缺点,提出了电流内环采用电感电流瞬时反馈和负载扰动前馈补偿相结合的PR控制改进策略,并对此改进的双环控制策略建立了逆变器的控制模型,最后根据逆变器的控制模型,构建了单相电压型PWM逆变器的simulink仿真模型,对SPWM电压电流双环控制系统模型进行了仿真分析,结果表明:系统设计合理,改进控制策略效果满意。

永磁同步电机的改进无差拍预测抗扰前馈控制

针对永磁同步电机无差拍预测电流控制在实际运行中,由于所依赖的电机模型参数随负载的变化存在不匹配缺陷从而限制系统电流环性能的问题,提出一种无差拍预测电流控制与扰动前馈补偿相结合的改进控制策略。首先,以转速与负载转矩为状态变量,选取积分滑模面作为滑模切换面,与传统指数趋近律结合,设计一种滑模负载转矩观测器以实现对负载转矩的实时辨识;然后,设计一种可快速收敛的自适应系数指数趋近律以提高负载转矩观测器性能,实现速度误差的快速收敛与负载转矩的快速观测,减小观测转矩的抖振;最后,将观测所得负载转矩前馈补偿至电流控制器,以实现对模型参数不匹配及负载变化等扰动的有效补偿,同时进一步提升电流与电磁转矩对参考值的趋近速度、并减小系统抖振。数值仿真结果表明:该策略在标称参数下可使系统稳定运行,当模型参数不匹配和负载变化发生时系统仍能稳定运行;相对传统策略,若电感衰减,加载超调减小约5%,减载超调减小约10%,加速时间减少约0.02 s;电感衰减与电阻增大时,加载超调减小约6.31%,减载超调减小约10.67%,加速时间减少约0.02 s,且有更小的抖振,系统抗扰性能进一步提升。

基于优化前馈控制的VIENNA整流器动态性能研究

在传统平均电流控制电压环路基础上,提出了一种基于前馈控制的平均电流控制方案,电压环加入负载前馈控制和电网电压前馈控制,减小直流侧电压超调量;电流环采用误差迭代PI算法,实现无静差调节,优化三相VIENNA整流器的动态响应。所提出的负载前馈变量仅在负载阶跃时更新,在稳态时保持恒定。另外,本文对频域响应特性进行分析并通过仿真加以验证。