电能质量调节器的改进无差拍控制

在着一定的假定误差 ! 这些都会造成控制器参数与 对象参数不能很好地配合 ( 另外 !当温度 + 运行条件 变化引起电路参数变化时 ! 也会对无差拍控制系统 的稳定性和控制质量产生一定影响 ( 系 统 的 误 差 与 调 制 比 !-. 值 等 系 统 的 参 数 有 关 ! 这是由于无差拍控制的控制方程有如下的近似 "
4"
#77 & ’(!#3& 0 !3 - 7 其中 "#I%J!0 "’#,6)&#7&!& #!&!.!& #0 &*(
,
56- #I 7
!60
!""# 年 $ 月 %&’( !""#
高压电器
)*+, -./01+( 2331410&5
,
%D & !’ 7 %+""&/(*%+""%%+""&!G! + - " /, 当 # %+""& ’"9# %# 为 谱 半 径 & 时 ! 即 "" ’"9# , ! ;<= 波形的误差很小( 但是!当 #%+""&("9# 时!式%D& 的截断误差增大 ! 影响到输出电压的幅值 ! 则 ;<=
摘要 ! 传统的无差拍控制是精确数学 模 型 的 控 制 方 法 " 其 控 制特性受系统参数变化影响较大 ’ 为了提高系统的跟踪准确 度 " 笔者提出在线辨识参数的改进无 差 拍 控 制 策 略 ’ 分 期 实 时地修正控制参数 " 使其对系统参数 的 变 化 具 有 良 好 的 适 应 性 " 从而有效地改善了系统的跟随性能 ’ 关键词 ! 电能质量 # 无差拍控制 # 数字控制 # 在线参数辨识 中图分类号 ! JPQ$797 文献标识码 ! 2
#0 J!&!. !. #0 J1&!2 #0 J7&!2 #0 J! &!. !& #0 J1&E ’ "I#()&( 理想的情况下 ! 测得的系统输出值与系统真值 相符 ’ 但事实上 !信号采样过程中 !因观测误差 + 噪声 干扰等问题 !( #3 & 一般不为零 ! 因此 ! 引 入 评 价 函 数
因此 " 在应用中 " 当设备参数 ( 运行条件以及环境等 因素造成系统参数与设计参数不匹配时 " 就会产生 较大的跟踪误差 " 从而对控制系统的稳定性和输出 波形的质量都将造成不良的影响 ’ 改善无差拍控制 对系统参数的敏感性 " 使其优良的跟踪特性得到充 分的发挥是近年来被大家所关注的问题X $ " Q Y ’ 为了提高无差拍控制系统的鲁棒性 " 笔者对传 统的无差拍控制参数的灵敏性进行了分析 ’ 并针对 其跟随质量对控制参数的依赖性 " 提出控制参数自 适应的无差拍控制方法 " 即采用限定记忆最小二乘 递推式算法对控制系统的参数进行在线估计 " 动态 修正控制参数 " 使无差拍控制系统对参数的变化具 有良好的自适应性 ’ 通过 AM@2; 实时仿真表明 " 笔 者提出的改进方法可有效地改善无差拍控制系统的 稳定性以及对参考信号的跟随质量 ’
控制参数的在线辨识 限定记忆最小二乘递推式算法B 7" E 的特点是参数 估计所用的数据始终是最新的 0 组数据 ! 即每取得 最新的一组数据 ! 就丢弃最老的一组数据 ! 这样更适 合于克服数据饱和现象 ( 设 对 于 式 %8 & 根 据 0 组 试 验 数 据 ! 应 用 最 小 二 乘法估计得 " #7" & %0 !!0 " 其 中 "%0, - ). #7&!. #! &! . !. #1 &E ’!0, I). #0 J7 &!.
9-:($+;(< C’ 0,*5 313(4" 1’ *<34.I(E E(1ER(10 ?.’04./ 50410(+G *5 34(5(’0(E R(?1&5( 0,( ?.’I(’0*.’1/ E(1ER(10 ?.’04./ 34.3(40G *5 5&RS(?0 0. R( 1==(?0(E RG 0,( 3141<(0(4 .= 3.B(4 5G50(<9 C’ .4E(4 0. !<34.I( 0,( 041?T 1??"41?G #$ %&’ /*’( *E(’0*=*?10*.’ 3141<(0(4 <(0,.E *5 &5(E ()(%’*" 0,( .’1’E 0,( 3141<(0(45 .= ?.’04.//(4 ?1’ R( ?.44(?0(E *’501’0/G9 25 1 4(5&/0U 0,( ?.’04.//(4 *5 1E1301R/( 0. 0,( ?,1’+( .= 0,( 5G50(< 3141<(0(459 )(’?( 0,( 3(4=.4<1’?( .= 041?T *5 *<34.I(E (==(?0*I(/G9 =&2 4%$,:< 3.B(4 V&1/*0G# E(1ER(10 ?.’04./# E*+*01/ ?.’04./# .’/*’( 3141<(0(4 *E(’0*=*?10*.’
%$
为检测环节提供的参考电流 ’ !#!!$!!’#!!’$ 为矢量控 制的电压矢量 ( 由于负载电流 %# ! *&!# ! *$& 的不可预测性 ! 在第 ! 次 采样时刻只能得到当时的参考值 "
波形的误差大大增加 ( 当无差拍控制器参数与对象完全吻合时 ! 无差 拍控制是一种状态反馈控制 B 6 E ! 如果参数配合得当 ! 这种状态反馈实现了极点和零点的对消 ! 并配置另 一个极点在原点 ( 理想状态下 !输出的波形与参考波 形在幅值和相位上完全一致 ! 没有波形畸变 ( 但实际 应用中控制器参数很难与控制对象完全配合 ! 这样 就引起了系统闭环极点的改变 ! 破坏了系统控制无 差拍的条件 !从而大大降低了跟踪质量 ( 图 7 %1 & 为 理 想 状 态 下 控 制 器 参 数 与 对 象 参 数 配合恰当时的跟踪曲线 ’ 图 7 %H & 是输出滤波器参数 - 漂移时输出电压的曲线 (
作者简介 ! 陈继侠 "7O#OZ #! 男 ! 辽宁省丹东市人 ! 高级工程师 ! 从事电力系统电能质量调节与控制的研究 $
! ! 7D$
!""# 年 $ 月 %&’( !""#
高压电器
)*+, -./01+( 2331410&5
第 67 卷
第8期
-./967
:.98
对于 ;<= 变流器 ! 假设输入向量可表示为 " %6& ! #!$!!"%!&# 其中 "!" %!& 为第 ! 次采样时刻发出的脉宽控制量 ’ # 为直流侧电压 ’$ 为单位矩阵 ( 如用给定参考状态 "# $ % 代替 %>!?7@ ! 则式 %8 & 式 可改写为 " %#& &# $ % !&% %!&"’!! %!&# 从式 %#& 中可以求出脉宽控制量 !" %! &! 并在第 ! 次采样间隔时间内作用于 ;<= 变流器 ! 即可在第 !A7 次采样时刻跟踪上参考状态 ! 使 %!A7!&# $ % ( 如果 在第 ! 次采样时刻可以预测到第 !A7 次采样时刻的 参考状态 %# $ % %!A7@ ! 则采取以上算法后 ! 在第 !A7 次采样时刻的状态恰恰等于参考状态 ! 即所谓的无 差拍 ( 如果在第 ! 次采样时刻只能得到当时的参考 状态 %#$%%!&! 而 %#$% 是变化着的 ! 上述算法只能使第 !A7 次采样时刻的状态等于第 ! 次采样时刻的参考 状态 ! 即会差一拍B C ! D E ( 对于并联型电能质量调节器系统 ! 其 ’!( 坐标 下的离散化表达式B C E 为 "
$7 "& "$ $7
89!
! "!
!"&$%! & !"$$%! & %
!’&%!& !’$%!&
&
"%C&
以 ! %!&!)!&%!&!!$%!&*作为参考电压矢量 !选择 适当的开关矢量在第 ! 个采样周期内合成 ! %!$!即可 在第 !A7 次采样时刻使变流器交流侧电流 !"%!A7$!
&
!
传统的无差拍控制原理与实现
7
引言
基于无差拍控制的 AWP 数字控制方法是近年 来新发展的一种跟踪准确度高 ( 动态响应速度快的 数字控制策略 X 7 Y ’ 它具有数学推导严密 ( 跟踪无过 冲 ( 动态性能好等特点 " 多见于逆变电源 X ! Y ( 电机驱 动 X 8 Y ( 电能质量调节器控制 X 6 " # Y 等中 ’ 不仅大大地减 小了控制电路的复杂程度 " 而且可以采用更先进的 控制方法 " 使 AWP 的输出波形的质量和可靠性有 了很大的提高 ’ 然而 " 无差拍控制从其原理上讲是一 种基于对象精确模型的控制方法 " 它的控制质量在 很大程度上依赖于控制器参数与系统参数的配合 ’
收稿日期 !!""6Z"7Z7" " 修回日期 !!""6Z"!Z!#
无差拍控制的基本原理是 ) 对于每个采样间隔 输出的脉宽控制量 " 是根据当前时刻系统状态向量 和下一个采样时刻的参考值计算出来的 ’ 具体地 ) 设连续系统状态方程 ) !7 & !+"!,#$ 其中 )! 为系统状态向量 #$ 为输入向量 #% "& 为常 系数矩阵 ’ 该方程的时域解为 )
!"$%!$!电源电流 !’%! A7$ !!’%!$( 得到差一拍的跟踪
效果 (
8
897
参数在线辨识的无差拍控制策略
传统的无差拍控制参数的灵敏性 基于对象精确模型的控制方式 ! 它的控制质量 在很大程度上依赖于控制器参数与主电路参数的配 合 ( 通常设计中 ! 控制参数是根据器件标称参数计算 得到的 ( 然而 !实际上标称参数与器件实际参数之间 存在着一定的偏差 ! 并且控制参数设计过程中还存
!""# 年 $ 月 %&’( !""#
高压电器
)*+, -./01+( 2331410&5
第 67 卷
第8期
-./967
:.98
! ! 7O#
文章编号 !7""7N7$"O %!""# &"8N"7O#N"6
电能质量调节器的改进无差拍控制
陈继侠 7! 陈晓东 ! ! 孙 辉8
%79 东北电力学院信息中心 " 吉林 78!"7! # !9 辽宁省电力有限公司调通部调度处 " 辽宁 沈阳 77"""$ # 89 大连理工大学电气工程与应用电子技术系 " 辽宁 大连 77$"!6 &
!"#$%!&"&’( %) *&+,-&+( .%’($%/ 0($+(&12 "%$ 3%4&$ 56+/7(2 8&16/+(%$ @)>: %*K*1! @)>: L*1.E.’+ ! MH: )&*
!79 ;(3140<(’0 .= >/(?04*?1/ >’+*’((4*’+ " :.40,(150 @,*’1 >/(?04*? A.B(4 C’50*0&0( " %*/*’ 78!"7!" @,*’1 # !9 D*1.’*’+ >/(?04*? A.B(4 @.9 D0E9F 5,(’G1’+ 77"""$" @,*’1 # 89 ;(3140<(’0 .= >/(?04*?1/ 1’E >/(?04.’*?5 >’+*’((4*’+ " ;1/*1’ H’*I(45*0G .= J(?,’./.+G" ;1/*1’ 77$"!6F @,*’1 $
&
+ ",
! %!"7& ! %! & #! %!&"! %! & !( ! ") ! ! " " " %$& ! %!"7& ! %! & $! %!&%! %! & ( ( ) 其 中 "( !& ! ! ’) ! %& !*&+ , ! ! " ’! !! " ( ( )
"# "$ %& %$ & $ ’& ’$ )* 77 !7 7! !! +, $7 7 ! %#
引言基于无差拍控制的awp数字控制方法是近年来新发展的一种跟踪准确度高动态响应速度快的数字控制策略它具有数学推导严密跟踪无过冲动态性能好等特点多见于逆变电源8y电能质量调节器控制不仅大大地减小了控制电路的复杂程度而且可以采用更先进的控制方法awp的输出波形的质量和可靠性有了很大的提高然而无差拍控制从其原理上讲是一种基于对象精确模型的控制方法它的控制质量在很大程度上依赖于控制器参数与系统参数的配合因此在应用中当设备参数运行条件以及环境等因素造成系统参数与设计参数不匹配时就会产生较大的跟踪误差从而对控制系统的稳定性和输出波形的质量都将造成不良的影响改善无差拍控制对系统参数的敏感性使其优良的跟踪特性得到充分的发挥是近年来被大家所关注的问题为了提高无差拍控制系统的鲁棒性笔者对传统的无差拍控制参数的灵敏性进行了分析并针对其跟随质量对控制参数的依赖性提出控制参数自适应的无差拍控制方法即采用限定记忆最小二乘递推式算法对控制系统的参数进行在线估计动态修正控制参数使无差拍控制系统对参数的变化具有良好的自适应性通过am2
%
& $
! *&%+& !"&$%+&!$# # $ ! %+&!$! %+&
"$ *$
%F&
将 !"& $% + & 和 !"$ $%+ & 代入式 %$ & 取代 !"& %+ %7 & 与
!"$%+%7&!可推出 " ! %!& ! %! & !) ( ! %) ! " " ! %!& ! %! &
! !!&+’
! !!"!"&
! !!"&,