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非線性控制理論在有源濾波技術(shù)中的應(yīng)用

作者: 時間:2012-03-17 來源:網(wǎng)絡(luò) 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(tǒng)能量耗散特性方程中的無功分量“無功力”,迫使系統(tǒng)總能量來跟蹤預(yù)期的能量函數(shù),從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并使得系統(tǒng)的狀態(tài)變量漸近地收斂到設(shè)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(tǒng)無源可以保持系統(tǒng)的內(nèi)部穩(wěn)定。對于存在干擾的系統(tǒng)來說,為了使得系統(tǒng)內(nèi)部穩(wěn)定,可以依靠無源理論來構(gòu)造反饋控制器,使得相應(yīng)的閉環(huán)系統(tǒng)無源而保持內(nèi)部穩(wěn)定。這是無源性控制優(yōu)點。有源濾波技術(shù)中應(yīng)用無源控制技術(shù),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(lián)和串聯(lián)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(yù)期的目標系統(tǒng),并加入抵抗力元素來配置系統(tǒng)能量耗散方城中的無功分量,迫使系統(tǒng)總能量來跟蹤預(yù)期的能量函數(shù),從而使系統(tǒng)能夠達到補償和直流電容側(cè)電壓穩(wěn)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(tǒng)動態(tài)模型,和傳統(tǒng)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(wěn)定性,充分顯示了無源控制策略的優(yōu)點。文獻[11]中的無源控制是基于的平均建模,對電壓檢測環(huán)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(lián)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(yīng)控制

  自適應(yīng)控制的目標是使控制系統(tǒng)對過程參數(shù)的變化,以及對未建模部分的動態(tài)過程不敏感,當過程動態(tài)變化時,自適應(yīng)控制系統(tǒng)試圖感受這一變化并實時地調(diào)節(jié)控制器參數(shù)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(huán)境因素變化的影響,如果采用常規(guī)的控制器,以一組不變的控制器參數(shù)去應(yīng)付各種變化顯然難以取得滿意的結(jié)果。自適應(yīng)控制方法可以在線辨識系統(tǒng)模型,然后根據(jù)系統(tǒng)模型和控制指標及時整定控制器參數(shù),實現(xiàn)高精度控制。
自適應(yīng)控制方法在有源電力濾波技術(shù)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(yīng)干擾抵消原理的自適應(yīng)閉環(huán)檢測法,并在文獻[14]中得到了應(yīng)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?shù)闹C波和無功分量。該自適應(yīng)檢測系統(tǒng)的特點是電壓波形畸變情況下也具有較好的自適應(yīng)能力,缺點是動態(tài)響應(yīng)速度較慢。文獻[15]中對檢測環(huán)節(jié)的精度和動態(tài)特性之間的矛盾關(guān)系作出了闡述,指出適當?shù)剡x擇比例系數(shù)K,可以使自適應(yīng)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(tài)響應(yīng)特性為代價的。在此基礎(chǔ)上,文獻[16]提出一種基于神經(jīng)元的自適應(yīng)諧波電流檢測法,根據(jù)單個神經(jīng)元的基本特點,結(jié)合信號處理中地自適應(yīng)噪聲對消技術(shù),把單個神經(jīng)元用于電力有源濾波器地諧波電流檢測系統(tǒng),結(jié)構(gòu)簡單,算法容易,便于實現(xiàn),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(fā)生變化時還能跟蹤檢測,具有較高的檢測精度。

  采用自適應(yīng)控制技術(shù)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(fù)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(tǒng)中的應(yīng)用并沒有一般性結(jié)論,這些都限制了自適應(yīng)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用 .


6 非線性 魯棒控制

  非線性
設(shè)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(tǒng)輸出的影響限制在需要的范圍以內(nèi)。非線性系統(tǒng)的
控制有兩種思路:一種是對系統(tǒng)進行線性化,在此基礎(chǔ)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(shè)計,另外一種思路以減小閉環(huán)系統(tǒng)的 增益作為設(shè)計目標。針對非線性系統(tǒng),該方面的結(jié)論集中在仿射非線性系統(tǒng)方面,其設(shè)計可以歸結(jié)為HJI(Hamilton Jaccobi Issacs)方程的求解問題. 控制理論是分析和設(shè)計不確定系統(tǒng)的有利工具,目前主要還是應(yīng)用于線性系統(tǒng)和仿射非線性系統(tǒng)。

  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(yīng)用反饋線性化方法使之局部線性化,再利用所用線性系統(tǒng)的控制規(guī)律進行控制;也可以直接采用
魯棒控制理論設(shè)計控制器,利用其自身優(yōu)勢,使系統(tǒng)具有很好的魯棒性。

  文獻[17]把
控制應(yīng)用于并聯(lián)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(tǒng)變得復(fù)雜。此控制系統(tǒng)通過建立一個粗略的數(shù)學(xué)模型和一個諧波衰減函數(shù),定義了所需的各種函數(shù)(包括干擾對電網(wǎng)電流即靈敏度函數(shù),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(shù))并使之滿足一定的指標要求,然后轉(zhuǎn)化為標準的
次優(yōu)解問題。文中還用系統(tǒng)綜合法確定了權(quán)函數(shù),并運用迭代最優(yōu)算法計算其參數(shù),這樣就得到一個18階的調(diào)節(jié)器,仿真結(jié)果良好??梢钥闯龃丝刂撇煌谄渌目刂品椒?,在不需要諧波預(yù)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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