自抗扰控制在逆变器系统中的应用研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:kenapple1368
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干扰和不确定性广泛存在于控制系统中,一切对系统输出造成影响的非期望变化及其影响因素,都应设法剔除或者加以抑制。近三十年来,不同领域的研究者对主动抗扰控制进行了深入的研究,产生了不同形式的技术和成果。基于干扰和不确定性进行主动抑制的模式,即抗扰范式,得到了学术界和工业界越来越多的关注。但是,这种主动抗扰控制理论的完整性和工程的易用性都有待进一步研究。作为新能源产业的重要技术之一,逆变器系统广泛应用于各种工业设备中,然而由于开关器件死区时间、非线性负载、实际电网中含有的背景谐波等非理想特性的存在,逆变器输出波形的质量会严重下降,主要体现在较高的总谐波失真(total harmonic distortion,THD)和较大的跟踪误差上。本文以主动抗扰控制的一个分支—自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)及其在逆变器系统的应用为主题,分别从理论分析、数值仿真和实验验证上对其进行了深入分析和研究。本文的主要工作有:1)系统地阐述了ADRC的核心思想、基本原理、基本设计过程和参数整定方法。分析了基于ADRC的控制与基于状态空间的控制方法之间的关系。为了实现ADRC的数字化,介绍了线性ADRC的离散化方法。2)为了抑制独立逆变器的未建模动态和非理想特性等干扰的影响,本文首先采用基于模型补偿的ADRC控制器,将逆变器的已知模型视为总扰动确知的部分,将系统未建模动态及外部扰动视为未知的总扰动并加以抑制。常规的模型补偿虽然实现了较好的波形质量,但存在较大的稳态误差。本文在常规的模型补偿ADRC基础上,提出了基于微分前馈的ADRC控制策略,以减小逆变器的稳态误差;对扩张状态观测器(extended state observer,ESO)的性能进行分析,通过内模控制器(internal model controller,IMC)等效法对基于微分前馈自抗扰的逆变器系统进行稳定性分析,仿真和实验验证了所提的微分前馈自抗扰控制方法的有效性。3)LCCL型并网逆变器的参数不确定将影响其降阶特性,系统所受的外部扰动将影响系统的稳定性。针对LCCL型并网逆变器的参数不确定和外部扰动,本文提出基于ADRC的入网电流控制策略,该策略将并网逆变器的参数不确定和外部扰动视为总扰动并加以抑制。当并网逆变器采用数字控制时,会存在计算延时和调制延时,本文采用输入同步的ADRC控制方法,将自抗扰控制器有效运用于并网逆变器中,并分析了并网逆变器存在参数摄动时系统的鲁棒性。最后,实验验证了所提方法的有效性。
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