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《浙江大学》 2009年
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基于滑模变结构控制的电压型组合式逆变器和电流源逆变器控制技术研究

许飞  
【摘要】: 随着电力电子技术的飞速发展以及用户对电能质量要求的提高,逆变器在许多领域的应用越来越广泛,对逆变器的控制性能要求也越来越高。滑模变结构控制本质上是一类特殊的非线性控制技术,其具有稳定范围宽、动态响应快、对参数变化和扰动不敏感等优点。从逆变器本身的开关工作特性来说,它正是周期性的变结构系统,滑模变结构控制策略是对它具有强适用性的控制方式。 论文在总结、归纳现有的逆变器控制技术基础上,围绕逆变器的滑模变结构控制技术展开研究,提出了几种连续和离散时间系统的滑模变结构控制策略,并将其分别应用到Buck电压型组合式逆变器和电流源逆变器中,取得了比较好的控制效果。其中,电流源逆变器被应用于继电保护测试仪中,该测试仪是在继电保护装置投入运行或检修时,对继电保护装置的各项性能指标进行严格的测试,以保证电力系统的安全稳定运行。 首先,论文提出了一种应用于Buck型组合式逆变器的连续三阶滑模变结构控制策略。在传统的比例微分二阶滑模的基础上,加入了输出电压偏差的积分环节,使系统本质上消除了稳态误差,同时保证相应的动态性能。文中采用李导数分别给出了二阶和三阶滑模变结构控制器详细的分析和设计,与传统的分析和设计方法相比,该方法使整个过程更加简明、更具系统性。文中采用映射法详细分析了三阶滑模变结构控制策略的滑模运动和滑模切换区,给出了其滑模面系数的具体选取方法。论文分别给出了上述两种控制策略的对比实验,实验结果证明了分析和设计的正确性。 其次,论文详细讨论了基于三种常用的离散趋近率的滑模变结构控制策略,在此基础上设计了基于离散变速趋近率的滑模变结构控制策略,并将其应用到电流源逆变器系统中,该控制方法使系统对参数变化和外部扰动具有较好的动态响应,而且使系统能够渐近稳定于原点。基于电流源逆变器系统的动态模型,论文给出了该离散滑模变结构控制器的具体设计过程,同时详细分析设计了该控制器的离散滑模切换区,并在此基础上给出了离散滑模面系数和趋近率参数的选取范围。建立了Matlab/Simulink仿真模型以及实验样机,对基于离散等速趋近率和离散变速趋近率的滑模变结构控制器进行了仿真和实验比较。 为了解决离散变速趋近率动态响应和系统抖振之间的相互影响,本文进一步提出了一种新颖的基于衰减变速趋近率的离散滑模变结构控制策略。该控制方法既保留了离散变速趋近率的优点,又加快了系统的渐近稳定速度,同时减小了系统的抖振。论文将该控制策略应用到电流源逆变器系统,分析设计了离散滑模切换区的范围,同时讨论了该控制器各个系数的选取范围,使系统能够渐近稳定于原点,且保证该离散滑模变结构控制策略满足滑模条件和收敛条件。仿真和实验验证了基于离散衰减变速趋近率控制的电流源逆变器系统具有良好的动态性能以及对外界扰动和参数变化良好的鲁棒性。 然后,论文将状态预测观测器引入离散滑模变结构控制器中,基于离散时间系统能控性和能观性的基本理论,提出了基于状态预测观测器的离散滑模变结构控制策略。该方法利用状态观测器对系统的状态变量进行超前一拍预测,获得超前一拍控制量,较好地解决了数字控制一拍滞后的问题,从而更好地改善了基于离散滑模变结构控制的系统动态性能和稳定性。在电流源逆变器系统离散状态空间方程的基础上,利用状态反馈极点配置理论,文中详细给出了状态预测观测器系数矩阵的设计过程。在实验样机上对文中所提出的控制策略进行了具体的实验验证,实验结果证明了分析和设计的正确性。 最后,论文将滑模变结构控制和无源性控制相结合,提出了一种新颖的离散无源性滑模变结构控制策略。利用无源性控制的控制方法简单、鲁棒性好等优点,较好地减小了离散滑模变结构控制系统的抖振。基于动力学能量观点,文中分析和设计了电流源逆变器系统的欧拉-拉格朗日模型,并在此模型的基础上,给出了离散无源性滑模变结构控制器的详细设计过程,利用李亚普诺夫稳定性原理证明了该系统的全局稳定性。同时,我们将无源性控制方法和滑模变结构控制方法进行对比分析,利用两种控制方法控制律的相似性,提出了一种可行的阻尼项系数的选取方法。实验验证了上述新型控制策略的正确性。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TM464

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【引证文献】
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【参考文献】
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8 张杰;近水面作业的机器人综合减摇机理研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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【同被引文献】
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10 佘致廷;肖岸文;孙炜;王耀南;彭永进;;基于MRAS理论的无速度传感器直接转矩控制调速系统[J];电工技术学报;2006年04期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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【二级引证文献】
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5 广东 华田;300W高效率逆变电源板[N];电子报;2002年
6 曾宪勇 ;爱克赛Powerware 9305-130彰显技术优势[N];电脑商报;2003年
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5 姜世公;微网孤岛运行模式下阻抗匹配关系和混杂特性研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
6 曹太强;光伏发电系统及其控制技术研究[D];西南交通大学;2011年
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4 周国祥;小功率全桥光伏并网型逆变器的技术研究[D];电子科技大学;2010年
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