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、動態(tài)響應(yīng)快、對參數(shù)變化和擾動不敏感等優(yōu)點。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)控制策略是對它具有強適用性的控制方式。 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)用于繼電保護測試儀中，該測試儀是在繼電保護裝置投入運行或檢修時，對繼電保護裝置的各項性能指標(biāo)進行嚴(yán)格的測試，以保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。 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，同時保證相應(yīng)的動態(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，與傳統(tǒng)的分析和設(shè)計方法相比，該方法使整個過程更加簡明、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)控制策略的滑模運動和滑模切換區(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比實驗，實驗結(jié)果證明了分析和設(shè)計的正確性。 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)對參數(shù)變化和外部擾動具有較好的動態(tài)響應(yīng)，而且使系統(tǒng)能夠漸近穩(wěn)定于原點?；陔娏髟茨孀兤飨到y(tǒng)的動態(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)計過程，同時詳細(xì)分析設(shè)計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仿真模型以及實驗樣機，對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)控制器進行了仿真和實驗比較。 為了解決離散變速趨近率動態(tài)響應(yīng)和系統(tǒng)抖振之間的相互影響，本文進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，又加快了系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定速度，同時減小了系統(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)計了離散滑模切換區(qū)的范圍，同時討論了該控制器各個系數(shù)的選取范圍，使系統(tǒng)能夠漸近穩(wěn)定于原點，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。仿真和實驗驗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)具有良好的動態(tài)性能以及對外界擾動和參數(shù)變化良好的魯棒性。 然后，論文將狀態(tài)預(yù)測觀測器引入離散滑模變結(jié)構(gòu)控制器中，基于離散時間系統(tǒng)能控性和能觀性的基本理論，提出了基于狀態(tài)預(yù)測觀測器的離散滑模變結(jié)構(gòu)控制策略。該方法利用狀態(tài)觀測器對系統(tǒng)的狀態(tài)變量進行超前一拍預(yù)測，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)反饋極點配置理論，文中詳細(xì)給出了狀態(tài)預(yù)測觀測器系數(shù)矩陣的設(shè)計過程。在實驗樣機上對文中所提出的控制策略進行了具體的實驗驗證，實驗結(jié)果證明了分析和設(shè)計的正確性。 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單、魯棒性好等優(yōu)點，較好地減小了離散滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的抖振。基于動力學(xué)能量