基於大信號模型的高精度波形控制策略的研究

《基於大信號模型的高精度波形控制策略的研究》是依託西安交通大學，由楊旭擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於大信號模型的高精度波形控制策略的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：楊旭
• 依託單位：西安交通大學

項目摘要

在以加速器電源、併網逆變器為代表的採用波形控制的電力電子裝置中，由於開關頻率對控制環回響速度的限制，通過高開環增益達到高精度波形跟蹤與保持系統穩定之間存在矛盾。針對這一問題，本項目提出採用逆模型計算出控制量，並與反饋控制相結合構成控制系統的新思路。本項目研究內容包括：建立控制對象的大信號模型，建立其半數值半解析的逆模型，構建逆模型與反饋控制相結合的控制算法等。還將採用VerilogHDL在以FPGA為核心的數字控制器中實現新的控制算法，並在實際的加速器電源和光伏併網逆變器上進行測試與驗證。本項目的思路有別於現有波形控制策略中以提高閉環跟蹤快速性為主的指導思想，能夠解決高增益與穩定性之間的矛盾，是波形控制策略的新探索。逆模型的建立將採用數值解與解析解相結合的方法，是建立逆模型的新方法。本項目研究將對電力電子裝置波形控制技術理論和技術進步起到推動作用。

結題摘要

本項目在電力電子變換器的高精度跟蹤控制系統的建模和控制策略方面開展了深入的研究。 歷經4年時間，對國內外電力電子電路的控制建模及控制策略等方面進行了廣泛的調研，發現在開關電路接近開關頻率的高頻段動態模型、含非線性對象的系統穩定性判據、以及能夠提升控制快速性和跟蹤精度的高性能控制策略等方面，國內外的研究尚有空白。 針對這些研究機會，本項目對以加速器磁鐵電源和大功率光伏併網逆變器等典型的電力電子裝置作為為主要對象，對高精度數字PWM控制系統中影響控制精度的關鍵因素進行了分析，建立了含量化和採樣過程的高精度PWM控制系統模型；在此基礎上，提出了基於多諧振滑模面的非線性控制策略，與傳統的PI或PI+PR線性控制策略相比，在控制快速性、跟蹤精度和穩定性方面都有了顯著提高；分析了含非線性的控制系統的穩定域，並提出一種採用非線性動力學方法判定穩定性及穩定域的方法，更夠更為準確的判斷PWM逆變器控制系統的穩定域邊界；套用以上理論成果，解決了加速器磁鐵電源、大功率光伏逆變器等裝置的高精度電流控制難題，使加速器磁鐵電源跟蹤25Hz正弦信號的精度達到0.1%，以上穩定度達到20ppm，並且正在研製跟蹤精度更高、穩定度達到10ppm的高精度數字控制系統,從而可以顯著提高加速器束流的精度；套用所研製的控制方法的光伏併網逆變器在電網電壓存在畸變的情況下，併網電流諧波含量仍然低於1%，可以顯著降低併網電流的諧波含量，並解決光伏電站在輕載時諧波含量較大的問題。 本項目還以柔性直流輸電換流閥用MMC變流器的控制系統為研究對象，建立了複雜PWM開關電路的動態模型，並研究了基於模型預測控制的電流控制算法。此外，還對具有較強非線性的無線電能傳輸系統進行的研究，建立了控制系統的動態模型，並提出了最優效率點跟蹤控制方式，使無線電能傳輸系統在不同的負載和耦合條件下均能保持最佳的效率工作點。 在本項目的研究過程中，培養博士2名、碩士5名，還有3名博士研究生和5名碩士研究生在讀。發表SCI收錄文章6篇，其中4篇為IEEE學報，其他EI收錄文章12篇。申報發明專利1項。本項目負責人得到包含本項目在內的2項基金項目持續支持，所做工作獲2015年度國家科技進步二等獎。