多电平矩阵变换器系统的数学模型

多电平矩阵变换器（MMC）是在多电平逆变器和传统矩阵变换器（CMC）的基础上发展的一种新颖电力电子变换器.笔者介绍其拓扑电路,采用基于空间矢量调制策略,以电容电压、输入侧电流和输出侧电流为状态变量,建立了由供给电源、输入电感、多电平矩阵变换器和阻感性负载组成的系统的状态平均模型,为设计其控制器及深入研究提供参考.     

断续导通模式的Buck变换器反步滑模控制

为进一步提高Buck变换器的控制性能,针对Buck变换器的非线性特性,考虑其在电感电流断续导通模式下的数学模型,采用反步滑模法设计了闭环控制器.基于系统生成器提出了数字控制器的实现方法,分析了其负载扰动和电源扰动特性.与PI控制方式相比较,在Buck变换器的启动阶段,采用反步滑模控制器的系统输出电压的上升速度快、调节时间短、超调小,当Buck变换器的负载和电源参数发生突变时,反步滑模控制的输出电压能够及时调整、扰动幅度小.比较结果表明反步滑模控制的优越性和SG设计开发的有效性,为现场可编程门阵列实现Buck变换器的数字控制器提供了新的设计流程,也为进一步研究其它直流-直流变换器的非线性控制提供了新思路.     

Buck变换器线性参数变化模型的增益调度控制

针对开关变换器的输出电压极易受到输入电压或者负载波动的影响,提出一种建立在Buck变换器线性参数变化(LPV)模型基础上的增益调度控制策略.首先,将Buck变换器的小信号模型转换成以负载电阻和输入电压作为变参数的LPV模型,基于LPV的凸分解方法,利用线性矩阵不等式(LMI)技术对凸多面体各顶点分别设计满足H∞和闭环极点配置的反馈控制器,再插值各顶点所设计的反馈控制器,综合得到具有多面体结构的LPV控制器.该方法在线计算量小,容易实现.最后,通过仿真验证了设计方法的有效性,与传统的鲁棒控制策略的控制器相比,所设计的LPV控制器受Buck变换器中输入电压和负载电阻波动影响较小,具有更好的控制性能.     

轧机液压伺服系统多模型切换自适应反步控制

针对轧机液压伺服系统工作过程中弹性负载力和外负载力的跳变,基于公共Lyapunov函数方法和自适应反步控制方法,提出了一种多模型切换自适应反步控制策略.该方法结合自适应反步控制的特点和公共Lyapunov函数的设计要求,通过反步法设计了各子系统的状态反馈控制器和不确定上界参数的自适应估计器,取反步法的Lyapunov函数作为公共Lyapunov函数,保证了系统在任意切换下的渐近稳定.自适应反步法和公共Lyapunov函数方法的结合,便于公共Lyapunov函数的求取,又解决了同时存在参数跳变和参数慢时变的问题.仿真结果表明,该方法能够保证轧机液压伺服系统具有良好的动静态性能,并对参数跳变和参数慢时变具有较强鲁棒性.     

带不同负载时矩阵变换器的输入输出特性

利用间接变换法,把矩阵变换器的调制策略虚拟为交 直变换和直 交变换2个过程,分析了直 交变换器和交 直变换器的空间矢量调制,并将这2个过程进行综合,得到一种直接的交 交变换器;针对三相对称输入电压,矩阵变换器带3种不同的三相对称负载时,利用MATLAB软件进行仿真,分析了基于空间矢量调制的矩阵变换器的输入线电流、输出线电压、输出线电流波形特性,揭示了负载特性对矩阵变换器输入、输出性能的影响.     

PMSM混沌系统的自适应反步控制

基于永磁同步电机的混沌模型,当系统中含有不确定性参数时,设计一种自适应反步控制器,使系统从混沌状态中恢复过来,渐进跟踪期望速度并保持稳定。首先,对给定的期望转速和期望直轴电流,构造误差系统,用反步法设计子系统的控制器,在每个子系统中构造Lyapunov函数和虚拟控制量,获得使系统渐进稳定的期望的交轴电流的期望值。然后,当永磁同步电机混沌系统中的2个未知参数负载转矩和永磁磁通变化时,根据Lyapunov稳定性原理,用反步法设计出负载转矩和永磁磁通的自适应控制器,实现永磁同步电机混沌系统对速度的跟踪以及参数的一致收敛。数值仿真结果表明:所设计的自适应控制器是有效的,能使受控系统从混沌状态变成可控状态,并快速的跟踪期望速度,同时未知参数的估计值收敛达到了实际值。     

基于扩张状态观测器的单电感双输出Buck变换器滑模解耦控制

针对单电感双输出Buck变换器输出支路在发生负载扰动时存在交叉影响严重、瞬态响应慢的问题,提出了一种基于扩张状态观测器（ESO）的滑模解耦控制策略.首先考虑负载扰动问题,将系统模型转化为输出电压偏差模型,设计了主路ESO对负载扰动进行估计,并将干扰估计信息补偿到主路开关管的改进型趋近律反步滑模控制器.其次考虑支路耦合问题,将一支路依据自抗扰范式拟合为独立系统,其中支路耦合项和外界扰动被视作总扰动,设计了支路ESO对其进行估计,基于干扰估计信息和滑模控制算法在支路开关管构造了滑模自抗扰控制器. 最后利用Lyapunov理论证明了主、支路控制器的闭环稳定性.仿真结果表明,该控制策略使得支路间的交叉影响显著减小,并提升了系统瞬态响应速度.     

一种离散系统H_∞ PI控制器设计方法

针对多变量线性离散系统,利用线性矩阵不等式(LMI)方法,提出一种满足H∞性能指标的保守性低的离散PI控制器设计方法.以脉宽调制(PWM)型DC-DC(升压模块)变换器为例,设计控制器,并搭建MATLAB simulink模型.仿真结果表明在输入电压和负载参数变化时,该控制器能使系统具有较好的输出品质.     

基于电流反馈模糊控制算法的光伏模拟器研究

设计与研究了一种基于BUCK直流变换器和电流反馈模糊控制算法的光伏电池阵列模拟器.该模拟器实时采集BUCK变换器输出电压并代入光伏电池工程数学模型,计算出电池电流作为模糊控制器的输入参考电流.该参考电流与BUCK变换器输出电流的差值及差值变化量作为模糊控制器的2个输入.模糊控制器通过模糊算法计算BUCK功率开关的导通占空比,使BUCK变换器的输出电压和电流准确对应于光伏电池V-I特性曲线的期望工作点,实现光伏特性模拟.模糊控制器使用三角形模糊隶属度函数,输入与输出变量的论域规范为[-3,3],模糊规则49条.Matlab/Simulink仿真模型与试验系统的实验结果表明,模糊控制模拟器不仅能准确模拟光伏电池的静态输出特性,还能快速跟踪工作点变化或外部环境变化的光伏电池特性,超调量小于3.5%,稳态误差小于3.6%,纹波系数小于3%,跟踪时间约为0.3s,能够为光伏发电系统的研究与开发提供优良的光伏阵列实验设备.     

反步均流型Buck变换器并联系统的建模与设计

在电感电流连续导通的模式下,提出一种基于反步法的Buck变换器并联系统的均流控制方法.该方法在Buck变换器并联系统状态方程的基础上,引入一个表示电感电流间误差积分的状态量,然后拓展状态向量,得到拓展后的状态方程.针对该状态方程,根据反步法的原理,设计了Buck变换器并联系统的反步均流控制律.仿真结果表明,与未采用均流控制方法相比,基于反步法的均流控制律可以实现良好的均流效果,同时具有较强的鲁棒性.     

双级矩阵变换器驱动异步电动机的特性分析

分析了双级矩阵变换器的拓朴结构特点;推导出双级矩阵变换器整流级的脉宽调制算法和逆变级的空间矢量调制策略,并阐述了零电流换流的原理.在MATLAB/SIMULINK平台上建立了双级矩阵变换器的仿真模型,并针对其驱动异步电动机起动、运行的开环系统进行仿真.仿真结果验证了所提出的控制策略的可行性和正确性,表明双级矩阵变换器输入电压和电流为正弦脉冲,且基本同相位;输出线电压为正弦脉冲宽度调制且基波分量为绝对主要成分,具有优良的输入和输出特性.     

采用干扰观测器的水下滑翔蛇形机器人纵倾运动控制

针对水下滑翔蛇形机器人在实现滑翔运动时存在控制输入受限和外界未知干扰的问题,提出了一种基于Nussbaum函数和非线性干扰观测器的反步控制策略。通过对欠驱动水下滑翔蛇形机器人的垂直面运动进行分析和有条件的简化,得到了对应运动学及动力学方程组。采用Nussbaum函数与双曲正切函数相结合的方式处理系统控制输入饱和,避免了双曲正切函数存在的控制器奇异值,通过非线性干扰观测器实现对外界复合扰动的有效观测并进行补偿。设计了纵倾运动跟踪的反步控制器,针对反步法中虚拟项引发的计算膨胀,采用动态面方法来消除。基于Lyapunov稳定性理论设计了控制器,保证系统能够实现速度与位置信号量的全局一致稳定性。研究结果表明:所提方案相对传统反步法,在响应时间与误差收敛速度方面都有一定程度提高,且非线性干扰观测器对于复合扰动量观测性能良好;所设计的控制器可以有效实现机器人在外界未知干扰下纵倾运动的稳定跟踪,且具有较强的鲁棒性。     

基于占空比动态分配控制的并联交错CCM PFC变换器

为减小甚至消除均流过程对总输入电流及输出电压的扰动,以提高输入功率因数. 在平均电流控制策略的基础上,提出一种控制占空比在并联变换器内部动态分配的均流控制器,即只在并联变换器内部,根据其电流偏差程度进行占空比动态调节来实现均流. 同时,采用单DSP实现并联PFC变换器电感电流的均匀交错,以减小系统滤波器的体积和提高系统的效率. 以3个功率因数校正(PFC)变换器并联为例,利用提出的研究方案获得了良好的均流性能,并实现了并联PFC变换器电感电流的交错,减小了输入电流的高频纹波. 实验结果证明了该控制方案的正确性,为并联的大功率功率因数校正变换器的数字控制提供了解决方案.     

带二重积分滑模面的PWM电压滑模控制器设计

通过将PWM(脉冲宽度调制)控制与滑模变结构控制的优点结合起来,设计了一种带二重积分滑膜面的滑模控制器来控制二阶交错并联Boost开关功率变换器.滑模面附加积分项使滑模控制系统的运动方程与原阶数相同,改善系统的稳态性能.设计仿真电路对该控制器在Boost变换器连续工作模式下进行PSIM仿真,得出该控制器与传统控制器相比具有更好的动态特性:Boost的电压和电流纹波较小;输出电压对输入电压和输出负载有较强的鲁棒性;输出电压不随开关频率的变化而变化.     

交错控制双输入Buck变换器的工作模式及输出纹波电压分析

针对两路输入电压大小不等而导致交错控制双输入Buck变换器工作模式复杂、参数设计困难的问题,将变换器的两路输入电压分3种情况进行分析和讨论,并且建立了变换器工作于连续导电模式(CCM)和不连续导电模式(DCM)的临界负载、电感电流和输出纹波电压数学模型。研究发现,变换器的临界负载随两路输入电压压差的减小而增大,电感电流纹波及输出纹波电压随两路输入电压压差的减小而减小;当两路输入电压相等时,变换器的临界负载达到最大,电感电流纹波及输出纹波电压达到最小。最后搭建了双输入Buck变换器实验平台,并通过给定的3组输入电压进行实验分析,实验结果验证了变换器的工作模式以及输出纹波电压数学模型的正确性。研究结果可为交错控制方式的双输入Buck变换器的参数设计提供理论依据。     

变速恒频风力发电系统网侧PWM变换器控制策略

通过建立应用于恒频变速风力发电系统的三相电压源型PWM变换器在两相旋转坐标系下的数学模型,针对三相电压源型PWM变换器输出电压响应慢的缺点,本文采用电压电流双闭环控制的网侧变换器及空间电压矢量SVPWM调制方式,在Matlab/Simulink中进行了系统建模和仿真研究。仿真结果表明,该控制策略能够快速调节直流侧电压达到稳定,能够控制输入电流波形及相位,验证了该控制策略的可行性。     

带有指令滤波的孤岛分布式能源系统反步控制

针对分布式能源(DER)的微电网系统处于孤岛运行模式时,因负载产生扰动导致输出电压难以保持稳定的问题,设计了一种基于矢量控制的指令滤波反步控制器;给出了孤岛DER系统的结构及数学模型,对该模型利用反步法设计了控制器,并加入指令滤波器,意在解决反步控制中的计算膨胀问题;利用Lyapunov稳定性定理验证了系统的稳定性,并通过仿真观察此控制器在不同负载情况下的控制效果。仿真结果显示,系统的输出电压在不同类型负载情况下都能对参考电压保持良好的跟踪,验证了此控制器的有效性。     

三相电压型逆变器的反步滑模变结构控制策略

为了克服反步控制对参数变化敏感以及鲁棒性不佳的不足,将反步法和滑模变结构控制两种策略相结合,讨论了多输入多输出系统反步滑模控制设计思路。使用反步控制策略设置虚拟控制量和构造Lyapunov能量函数,根据Lyapunov函数建立滑模面,选取合适的滑模趋近律,推导出多输入多输出系统反步滑模控制律的数学模型。将其应用到三相电压型逆变器非线性系统中,得到了三相电压型逆变器的控制模型。通过MATLAB/SIMULINK仿真验证了该控制策略的合理性。     

串联谐振变换器的无源性控制

本文研究了串联谐振变换器的无源性控制器。首先建立串联谐振变换器的欧拉-拉格朗日模型;其次对系统模型进行降阶,并设计无源性控制器;实验结果表明,采用无源性控制使系统在参数变化和负载扰动时具有良好的鲁棒性,证明了控制策略的可行性。     

矩阵变换器驱动的永磁同步电动机电流及速度控制技术

针对矩阵变换器驱动的永磁同步电动机电流和速度控制问题,提出一种有限集模型预测控制算法.不同于传统的矩阵变换器控制方法,该算法通过使用输入滤波器成本函数和电机速度成本函数,实现直接控制瞬态和稳态条件下的输入电流,形成高动态响应,从而避免在电压瞬变期间输入滤波器电流产生不必要的振动.此外,还提出一种新的输入滤波器观测器,可以减少传感器的数量,从而增加系统的可靠性并降低成本.通过仿真及实验,对提出算法的有效性进行验证,结果表明:该算法具有动态优势.