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重复控制、积分控制和谐振控制是基于内模原理(简称IMP)的三种常见控制方法,适用对象分别是周期性信号、直流信号和单一频率的正弦信号。理想的电力交流信号一般是标准的正弦基波,电力谐波主要由频率为基波整数倍频的正弦信号叠加而成。因此根据系统中对正弦基波和/或各次谐波的具体要求,利用相应的基于IMP的控制方法,就可以获得具有零跟踪误差的高质量电能,实现电力电子接口的“净化”。 本文以基于IMP的控制器为研究对象,系统分析并推导了基于IMP各种控制器间的内在关系,提出了基于IMP的统一数学表达式和选择谐波多谐振控制器(简称SHMRC)。首次提出了nk±m次谐波重复控制器(简称nk±mRC)和多内模并联结构重复控制器(简称PSRC),研究了它们的通用性、极点特性、稳定判据、误差收敛速度等问题,初步构建了一个基于IMP的系统的谐波控制理论体系,为任意相的恒压恒频PWM变换器的优化(动态响应、控制精度、易于实现三者之间进行折衷)控制提供了较为完善的解决方案。设计并搭建了以恒压恒频PWM变换器为控制对象的通用实验平台,进行了实验分析和验证,为所提重复控制器的进一步研究和应用推广奠定了基础。 论文主要研究成果包括以下几个方面: 1.推导了基于IMP的重复控制和积分/谐振控制的内在关系,提出了基于IMP控制器的统一数学表达式,为重复控制器的设计和性能分析提供了一个极为有力的工具。提出了SHMRC,实现对不同谐波的“用户定制式”跟踪或消除,优化了电力电子变流系统的控制性能,仿真结果验证了有效性和优越性。 2.首次提出了一种全新的通用选择谐波重复控制器(即nk±mRC),实现对任意特定nk±m次谐波的零误差跟踪或扰动抑制。讨论了nk±mRC的通用性、极点特性、误差收敛速度等问题,给出了数字nk±mRC系统的稳定判据和误差收敛条件并进行了严格证明。优化了电力电子变流系统的控制性能,仿真结果验证了有效性和优越性。 3.首次提出了一种通用全谐波分类选择重复控制器(即PSRC),包含并联组成的一组nk+i次谐波内模(i=0,1,...n-1)来取代常规重复控制器的单一全谐波整体内模,实现了对所有谐波的零误差跟踪或扰动抑制。讨论了PSRC的通用性、极点特性、误差收敛速度等问题,给出了数字PSRC系统的稳定判据和误差收敛条件并进行了严格证明。优化了电力电子变流系统的控制性能,仿真结果验证了有效性和优越性。 4.系统分析了恒压恒频PWM变流系统的建模,为实验验证所提控制器的有效性和优越性提供了理论基础。 5.构建了基于dSPACE的恒压恒频PWM变流系统通用实验平台,编制了基于Matlab/Simulink的控制系统软件程序,为将nk±mRC和PSRC应用到恒压恒频PWM变流系统中的实验验证奠定了软件和硬件基础。 6.实验研究了所提nk±mRC和PSRC系统的稳态和动态性能,综合评估了不同重复控制器对各种恒压恒频PWM变流系统中的跟踪精度、误差收敛速度等性能的影响,验证了所提重复控制器的有效性和优越性,为多相PWM变流系统提供了高性能的控制策略。