储能交错并联双向DC-DC变换器的自抗扰控制

针对直流微电网系统中三相交错并联双向DC-DC变换器受不确定性扰动影响的问题,设计一种双闭环线性自抗扰控制策略。首先,建立双向DC-DC数学模型,通过小信号分析法推导出变换器的传递函数。其次,设计电流环为二阶线性自抗扰,电压环为一阶线性自抗扰的双闭环系统,通过设计其对应的线性扩张状态观测器和线性状态误差反馈控制律,实时估计并补偿外部干扰及系统内部不确定因素。最后,根据林纳德-奇帕特稳定判据证明控制系统的稳定性,并在MATLAB/Simulink中对3种控制策略在不同工况下进行仿真对比验证。仿真结果表明,与传统比例积分控制器相比,本文所提控制策略在储能侧电压突增、突减20%的扰动下,母线电压最大动态偏差比分别优化0.5%和0.97%且调节时间缩短78.3%和76.9%;在负载突增、突减20%的扰动下,母线电压最大动态偏差比分别优化0.79%和1.5%且调节时间缩短72%,在保证各相均流的前提下有效提高系统的动态性能和抗扰能力。

基于非线性扰动观测的储能双向DC-DC变换器非奇异终端滑模控制策略

在光储直流微电网系统中,储能双向DC-DC变换器在储能设备与直流母线之间起着关键的接口作用,其在光伏输出功率及负载大信号扰动下的性能优劣至关重要,将直接影响着直流母线电压的稳定运行。为此,提出了一种基于非线性扰动观测器(nonlinear disturbance observer,NDO)的非奇异终端滑模控制策略。首先采用基于微分几何理论的精确反馈线性化方法,将双向DC-DC变换器系统的状态空间模型转化为布鲁诺夫斯基标准式,并利用非线性扰动观测器对系统扰动量进行估计和补偿。在此基础上设计非奇异终端滑模控制器,并根据李雅普诺夫稳定性理论,证明所提控制策略的稳定性;进而分析所提控制策略的收敛性。最后,通过仿真验证所提控制策略的有效性。仿真结果表明,与文献中典型非线性控制策略相比,本文所提控制策略在光伏输出功率和负载有较大扰动时响应时间较快,并具有电压过充小、稳态误差小的优点。

基于混合策略麻雀搜索算法优化的DC-DC变换器自抗扰稳压策略

为抑制城轨列车频繁启停引起的牵引网电压剧烈波动,在车载储能DC-DC变换器中设计一种基于改进麻雀搜索算法的自抗扰控制器。首先,建立DC-DC变换器的一阶自抗扰控制器进行稳压控制;然后,为提高系统快速性和抗扰性,引入麻雀搜索算法进行控制器参数寻优;之后针对麻雀搜索算法易陷入局部最优的缺点,引入Tent混沌序列和多样化变异处理,并提出基于樽海鞘算法的新型改进算子对麻雀搜索算法进行改进;最后,根据列车的速度曲线进行仿真验证。通过实验对比,自抗扰控制器在启动加速阶段的电压调节时间相较于PI控制、传统自抗扰和麻雀搜索自抗扰分别减小0.012、0.006、0.003 s,在制动减速阶段分别减小0.0054、0.0025、0.0015 s,结果表明所设计的控制器的可行性和有效性。

A Model-Based Unmatched Disturbance Rejection Control Approach for Speed Regulation of a Converter-Driven DC Motor Using Output-Feedback

The speed regulation problem with only speed measurement is investigated in this paper for a permanent magnet direct current(DC)motor driven by a buck converter.By lumping all unknown matched/unmatched disturbances and uncertainties together,the traditional active disturbance rejection control(ADRC)approach provides an intuitive solution for the problem under consideration.However,for such a higher-order disturbed system,the increase of poles for the extended state observer(ESO)therein will lead to drastically growth of observer gains,which causes severe noise amplification.This paper aims to propose a new model-based disturbance rejection controller for the converter-driven DC motor system using output-feedback.Instead of estimating lumped disturbances directly,a new observer is constructed to estimate the desired steady state of control signal as well as errors between the real states and their desired steady-state responses.Thereafter,a controller with only speed measurement is proposed by utilizing the estimates.The performance of the proposed method is tested through experiments on dSPACE.It is further shown via numerical calculations and experimental results that the poles of the observer within the proposed control approach can be largely increased without significantly increasing magnitude of the observer gains.

基于改进遗传算法的双向DC-DC变换器控制策略研究

选取双向DC-DC变换器为研究对象,根据混合储能系统中储能元件和耗能元件的连接拓扑结构确定在不同能量流动方向上的功率需求指标,确定变换器主要元件的参数和合适的电路元件。搭建降压/升压(buck/boost)电路模型,并设计自适应快速终端滑模控制策略,提出改进遗传算法对控制器的参数进行优化。由于不同控制参数的控制效果不同,为了获得更好的电压输出特性,对自适应快速终端滑模控制策略进行参数优化,并通过仿真验证了该方法具有良好的控制性能。

基于模糊神经网络的储能侧双向DC-DC变换器自抗扰控制策略

在直流微网中,为确保储能装置与母线间能量流动的平滑稳定,解决由于工况的不确定性而导致控制效果恶化的问题,在建立双向DC-DC变换器小信号数学模型的基础上,设计一种基于模糊神经网络的双向DC-DC变换器自抗扰控制策略,利用线性扩张状态观测器实现对总扰动的估计补偿,结合模糊神经网络实现控制器参数的在线优化。通过分析对比不同工况中该文所提出的控制策略、线性自抗扰控制与比例积分控制下的直流母线侧电压波形,证明了所提自抗扰控制策略的正确性与有效性。最后,通过参数摄动下的蒙特卡洛实验验证,该控制方法具有较好的鲁棒性。

便携式车载高增益DC-DC变换器大信号稳定控制策略:基于扰动观测器的反步技术

充电效率低和可用里程短等问题严重阻碍了电动汽车的进一步发展。由于前级电动汽车输出电压较低,需采用便携式高增益DC-DC变换器实现电动汽车间快速能量交互。该文以交错并联双升压变换器为研究对象,采用基于扰动观测器的反步控制算法,提高变换器抵抗内外干扰的能力。扰动观测器对系统寄生参数进行等效估计,提高了系统抵抗内部参数扰动的鲁棒性;同时实时估计输出功率和输入电压,减少使用传感器以降低系统成本。利用扰动观测器的输出,进一步设计了反步控制器,以严格保证系统大信号意义上的稳定性。此外,文中采用相电流平衡补偿器,解决了六通道之间的均流问题,减少热损失并提高了设备的使用寿命。最后,仿真和实验结果验证了提出控制器的有效性。

基于平坦理论的直流微电网双向DC-DC变换器改进滑模自抗扰控制

针对直流微电网系统中分布式电源功率波动、负载频繁投切以及不确定性扰动造成的母线电压波动问题,以直流微电网储能单元双向DC-DC变换器为研究对象,提出了一种基于平坦理论的改进滑模自抗扰控制策略。该方法采用双闭环控制结构,其中,电流内环采用微分平坦控制,提高系统的动态响应速度。在考虑系统抗扰性能和高频噪声影响的基础上,利用增阶滤波扩张状态观测器对外环模型总扰动进行估计。并根据状态量和扰动量估计信息设计了电压外环改进滑模自抗扰控制器,进一步提升系统的鲁棒性能。最后利用Matlab/Simulink软件进行仿真,验证了所提控制策略的有效性及优越性。

基于自适应PSO的微电网双向DC-DC变换器前馈自抗扰控制

针对传统PI控制光储微电网系统双向DC-DC变换器存在的直流母线电压波动大、充放电有效性差、抗干扰能力弱等问题,设计了一种基于自适应粒子群优化(APSO)的双闭环控制策略。首先,建立双向DC-DC变换器的数学模型。其次,设计了包括电压环线性自抗扰控制(ADRC)、电流环PI控制的双闭环控制系统,并在电压环中加入前馈控制以增强控制系统的鲁棒性。然后,针对自抗扰控制器参数难以整定的问题,提出了一种基于APSO算法的参数优化系统,该算法引入了自适应惯性权重因子,使惯性权重在粒子群迭代过程中可以动态调整以获得更佳的寻优效果。最后,设计一种带罚函数的时间乘以误差绝对值积分(ITAE)指标作为适应度函数,实现了前馈线性自抗扰控制(FF-LADRC)系统控制参数的自主寻优。MATLAB仿真结果表明,所提控制策略能够有效减小直流母线电压波动,提升储能系统的充放电性能,解决了线性自抗扰控制器参数整定问题。

双有源桥DC-DC变换器线性自抗扰控制

针对双有源桥DC-DC变换器单重移相控制电流应力大,采用传统PI控制动态特性差等问题,为同时优化变换器电流应力和动态特性,在扩展移相控制下,提出一种线性自抗扰控制结合直接功率控制的电流应力优化方案。通过建立扩展移相各个状态下的数学模型,推导出电流应力的全局最优解,将线性自抗扰控制器引入电压环,与直接功率控制相结合,输出传输功率标幺值至电流应力优化算法中,计算对应移相角。仿真和实验结果表明:新优化控制策略能在减小电流应力的同时提高变换器的动态响应能力。

基于动态级联自抗扰的交流微网直流母线稳压控制

为解决交流微网DC-AC变换器受到外界扰动影响而导致控制效果不佳以及直流母线电压振荡现象的问题,设计了一种动态级联自抗扰稳压控制策略。首先,在初始状态观测器的基础上引入了新的观测器,形成级联观测器线性自抗扰控制结构,并且设计动态调节因子对观测器增益参数进行在线优化调节。其次,在扰动观测器的基础上给出动态因子的优化整定范围,并根据跟踪性能和抗扰性能的频率特性曲线对系统的抗扰性和稳定性进行了理论分析,说明了观测参数与控制参数对系统综合性能的影响,并得到最优参数的整定范围。最后,在Matlab/Simulink仿真平台中搭建交流微网的数字仿真实验模型,并设计多种仿真工况,将所提控制策略与其他控制策略进行对比验证。证明了所设计的控制策略的正确性和优异性,说明了所提控制策略具备较好的电压振荡抑制能力,提高了电压稳定性。

改进型自抗扰控制在DC/DC变换器中的应用

针对DC/DC变换器在实际应用中不断扩大,对输入波动、响应速度、稳定性等要求越来越高,而传统的PID控制算法无法在复杂的变换器控制系统中获得理想的控制效果,以Buck变换器为研究对象,提出了一种改进型自抗扰控制策略。在基于传统的线性自抗扰控制的基础上,对其进行广义数学分析,在传递函数中引入自定义的零点,同时,对输入通道和测量的干扰,设计了测量滤波器,并设计了二阶自抗扰控制器。最后,搭建以DSP28377为控制器的硬件试验平台,对比分析传统PI控制和改进型自抗扰控制受干扰情况下的动态性能,验证了改进型自抗扰控制的方案可行性,所提出的改进型控制策略不仅将传统的PID控制具有的缺点克服,又将其结构简单的特点保留。实验结果表明:较传统的PID算法而言,加载过程中,调节时间减少125μs,超调量较少0.8%;减载过程中,调节时间减少165μs,超调量减少2.8%。可以得出改进型自抗扰控制策略不但具备快速和高精度特点,还具有更好的鲁棒性和抗扰动性能。

基于D-分割法的直流变换器遗传自抗扰控制器设计

针对光伏发电系统中DC-DC变换器由于负载和工作环境条件变化等扰动引起的输出波动问题,提出一种基于D-分割法的直流变换器遗传自抗扰控制器(ADRC)设计方法。该方法适用于设计光伏发电领域中的双向DC-DC变换器,采用D-分割法获得满足闭环系统鲁棒稳定的ADRC控制器参数范围;利用具有全局寻优能力的遗传算法,按综合性能指标在该范围内进行参数寻优。实验结果表明,所提基于D-分割法的直流变换器遗传自抗扰控制器设计方法能有效抑制微网母线侧的电压波动和负载突变,提高控制器的鲁棒性,增强光伏发电系统的动态响应性能和抗干扰能力。

含模型协同补偿的微电网变换器自抗扰稳压控制

针对直流微电网中双向DC-DC变换器输出端口电压受扰不稳定的问题,提出一种含已知扰动模型描述和未知扰动二阶描述协同补偿的线性自抗扰控制策略,以减小线性扩张状态观测的观测负担、提高其观测精度,并进一步改善自抗扰控制系统的抗扰性能。通过对系统性能的理论分析,说明了该控制策略能改善电压受扰波动的原因。最后,通过仿真和实验对比说明改进型自抗扰控制系统在抗扰性、鲁棒性上均优于电压外环电流内环的PI控制以及传统自抗扰控制。

基于多阶反馈重构的微电网端口变换器自抗扰策略

直流微电网低压负载侧电能稳定供应是新型电力系统中新能源有效消纳的重要保障。针对微电网供能枢纽变换器受扰情况下输出不稳定的问题,提出了一种观测器状态变量重构补偿的改进型自抗扰策略。首先,通过剖析自抗扰框架下无法避免的结构问题,推导出观测误差精准范式,并对扰动观测变量进行重构补偿,实现对总扰动的快速跟踪和消除。然后,进一步对改进策略在稳定性能、跟踪性能、抗扰性能、鲁棒性能4个维度进行理论分析,验证了该策略的正确性与有效性。最后,利用数字仿真和物理实验模拟实际工况进行对比分析,验证了该策略在微电网系统多种内外不确定扰动下均具有较好的动态性能。

基于级联型扩张状态观测器的直流微电网低压负载接口变换器自抗扰稳压研究

直流微电网负载侧供压稳定是实现新能源电力高水平消纳的重要前提。为维持低压负载侧电压稳定,利用级联型扩张状态观测器提高扰动的估计重构精度与速度,将二阶自抗扰控制技术引入低压侧稳压控制。首先,在考虑扰动存在的低压接口变换器动态模型基础上实现对于稳压控制策略的系统设计。之后,在时域上分析级联型扩张状态观测器对于扰动重估精度的提升效果,利用线性等效框架在复频域上分析系统对于总扰动的抑制性能,以及系统模型不确定下对于动态性能的影响。此外,将Lyapunov理论运用于分析所提稳压控制策略的稳定性,表明该系统在工程上稳定。最后仿真实验验证了所提出稳压策略的正确性与有效性,且对于扰动具有较好的抑制性。

双绕组感应发电机交直流集成发电系统的自抗扰控制策略

针对双绕组感应发电机交直流集成发电系统,为实现简单易调、性能优越、负载适应力强的发电控制,该文提出一种基于线性自抗扰控制器的交直流电压控制策略,通过交流电压和直流电压与控制绕组和功率绕组的传递函数模型,构建交直流电压的线性扩张状态观测器,同时对交流电压有效值、直流电压和电压扰动进行观测,并利用电压和扰动观测值设计线性误差反馈控制律,对交直流电压进行控制。最后,通过仿真和实验验证该控制策略提高电压扰动抑制能力和负载适应性,同时各模块参数可独立设计、控制器结构简单,避免需要较多传感器及降低调参难度。

光电经纬仪自抗扰控制方法

为提升光电经纬仪在跟踪时的响应速度和抗干扰能力,提出一种基于观测器的自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)方法。对所有已知或未知的影响直流电机工作的干扰输入进行在线估计,并通过适当的反馈控制法来补偿这些干扰;通过选取合适的观测器和控制器带宽参数,来实现良好的抗扰控制效果。仿真结果表明:基于观测器的自抗扰控制方法能有效地提高直流电机对外部干扰和内部未知参数变化的鲁棒性,具有工程应用前景。

基于改进超螺旋滑模观测器的无刷直流电机无传感器控制

针对传统滑模观测器存在高频抖振和抗扰动能力差的问题,提出一种基于改进超螺旋滑模观测器的无刷直流电机无传感器控制方法。在超螺旋滑模算法的基础上,采用附加线性环节的线性超螺旋滑模观测器以提升观测性能;对增益参数进行自适应设计,实现观测器增益参数的动态自整定;同时,为抑制切换过程产生的系统抖振,采用softsign函数替代不连续的符号函数;为进一步提高系统抵抗扰动的能力,在速度环加入自抗扰控制结构增强系统稳定性;搭建系统仿真模型,验证所提方法能较好地适用于宽速域工况,具有较好的跟踪性和估算精度。