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        非線性控制理論在有源濾波技術中的應用

        作者: 時間:2012-03-17 來源:網絡 收藏
         無源性控制方法是一種非線性反饋控制策略,其基本思想是通過配置系統能量耗散特性方程中的無功分量“無功力”,迫使系統總能量來跟蹤預期的能量函數,從而保證系統的穩定性,并使得系統的狀態變量漸近地收斂到設定值,這也意味著被控對象的輸出漸近地收斂到期望值。系統無源可以保持系統的內部穩定。對于存在干擾的系統來說,為了使得系統內部穩定,可以依靠無源理論來構造反饋控制器,使得相應的閉環系統無源而保持內部穩定。這是無源性控制優點。有源濾波技術中應用無源控制技術,目的是要使得能夠耗散(減弱)由負載畸變引起的,減小線電流和負載電壓

          文獻[9]利用無源理論分別控制并聯和串聯型,均得到良好的運行性能。無源控制律的得到是通過建立一個預期的目標系統,并加入抵抗力元素來配置系統能量耗散方城中的無功分量,迫使系統總能量來跟蹤預期的能量函數,從而使系統能夠達到補償和直流電容側電壓穩定的目的。文獻[10]介紹的無源控制方法是基于時域描述的系統動態模型,和傳統的補償策略(負載電流和線電流檢測方法)比較,該方法在線電壓和負載擾動的情況下能夠保證全局穩定性,充分顯示了無源控制策略的優點。文獻[11]中的無源控制是基于的平均建模,對電壓檢測環進行控制,使得正序、負序和零序電流的特定諧波得到一定程度的補償和衰減,控制效果顯著。文獻[12]中介紹的基于DSP的三相串聯型有源濾波器的無源控制也能得到良好的性能。


        5 非線性自適應控制

          自適應控制的目標是使控制系統對過程參數的變化,以及對未建模部分的動態過程不敏感,當過程動態變化時,自適應控制系統試圖感受這一變化并實時地調節控制器參數或控制策略。實際的有源濾波裝置在運行過程中必然受到負載擾動及其它環境因素變化的影響,如果采用常規的控制器,以一組不變的控制器參數去應付各種變化顯然難以取得滿意的結果。自適應控制方法可以在線辨識系統模型,然后根據系統模型和控制指標及時整定控制器參數,實現高精度控制。
        自適應控制方法在有源電力濾波技術的諧波電流檢測中取得了一定得成果。文獻 [13]中提出了基于自適應干擾抵消原理的自適應閉環檢測法,并在文獻[14]中得到了應用。該方法是將電壓作為參考輸入,負載電流作為原始輸入,從負載電流中消去與電壓波形相同的有功分量,得到需要補償的諧波和無功分量。該自適應檢測系統的特點是電壓波形畸變情況下也具有較好的自適應能力,缺點是動態響應速度較慢。文獻[15]中對檢測環節的精度和動態特性之間的矛盾關系作出了闡述,指出適當地選擇比例系數K,可以使自適應檢測法有較高的檢測精度。但是,其檢測精度的提高是以犧牲其動態響應特性為代價的。在此基礎上,文獻[16]提出一種基于神經元的自適應諧波電流檢測法,根據單個神經元的基本特點,結合信號處理中地自適應噪聲對消技術,把單個神經元用于電力有源濾波器地諧波電流檢測系統,結構簡單,算法容易,便于實現,并且該方法能過在線檢測非線性負載中的諧波電流,負載發生變化時還能跟蹤檢測,具有較高的檢測精度。

          采用自適應控制技術能夠有效地解決模型不精確和模型變化所帶來的魯棒性問題,但是由于它需要復雜的在線計算和遞推估計,只是適合于一些漸變和實時性不高的過程;同時由于跟蹤誤差的解耦問題,其在多輸出系統中的應用并沒有一般性結論,這些都限制了自適應控制技術的廣泛應用 .


        6 非線性 魯棒控制

          非線性
        設計目標是盡量減小輸入信號的最大增益,從而將不確定信號對系統輸出的影響限制在需要的范圍以內。非線性系統的
        控制有兩種思路:一種是對系統進行線性化,在此基礎上估計出仍然存在的非線性項的上界,將它們作為不確定項處理,采用線性
        方法進行設計,另外一種思路以減小閉環系統的 增益作為設計目標。針對非線性系統,該方面的結論集中在仿射非線性系統方面,其設計可以歸結為HJI(Hamilton Jaccobi Issacs)方程的求解問題. 控制理論是分析和設計不確定系統的有利工具,目前主要還是應用于線性系統和仿射非線性系統。

          由于有源濾波裝置在實際運行時會受到各種不確定性的影響,因此可通過對其確定性模型引入干擾,得到非線性二階魯棒模型。對此非線性模型,既可應用反饋線性化方法使之局部線性化,再利用所用線性系統的控制規律進行控制;也可以直接采用
        魯棒控制理論設計控制器,利用其自身優勢,使系統具有很好的魯棒性。

          文獻[17]把
        控制應用于并聯型APF中,其控制思想是基于文獻[18]的闡述:即諧波衰減比諧波消除更具有實際意義,況且諧波消除需要多維濾波器,使控制系統變得復雜。此控制系統通過建立一個粗略的數學模型和一個諧波衰減函數,定義了所需的各種函數(包括干擾對電網電流即靈敏度函數,負載電流對補償電流,干擾對控制輸入,負載電流對控制輸入的函數)并使之滿足一定的指標要求,然后轉化為標準的
        次優解問題。文中還用系統綜合法確定了權函數,并運用迭代最優算法計算其參數,這樣就得到一個18階的調節器,仿真結果良好。可以看出此控制不同于其他的控制方法,在不需要諧波預測和基波分離的情況下,可以獨立的消除各次諧波。

         

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