论文研究-多变量系统的解耦与控制研究 .pdf

所需积分/C币:10 2019-08-15 12:38:39 305KB .PDF
收藏 收藏
举报

多变量系统的解耦与控制研究,秦静,李世光,本文首先介绍了多变量系统的各种特点以及其耦合特性并在其基础上对PWM整流器进行了解耦分析。通过静止坐标变换和旋转坐标变换,得
山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 3.1传统解耦控制 3.1.1前馈解耦 以PWM整流器为例介绍前馈解耦方法,由图2可知d轴和q轴分量间存在交叉耦合 使得两分量不能独立调节ε前馈补偿即在输入给定电压中补偿系统产生:的耦合电动势,以消 除输入交流电流交叉耦合影响,前馈解耦控制原理如图3所示 PWM整流器 R+ ls R+l 图3PWM整流器前馈解耦原理图 在〃和w〃作用卜,d轴与q轴之间的耦合电势得到补偿,PWM整流器被解耦 当PWM为线路电感的估计值Z和实际值L相等时,通过前馈解耦,d轴与q轴间的耦 合电压可得到消狳。解耦后,PwM在dq坐标系的等效模型为两个独立电压子系统,可以 通过P调节器进行控制。其中d轴电压子系统产生;q轴电压子系统产生4 前馈解耦仔在的问题是:PWM中存在的交叉耦合电压是由电流实际值和引起的, 而前馈解枵电压是用电流给定值石和计算得到的,因此只有当条件=和小=始终满足 时,解耦才能成功。然而由于滑后环节的存在,使有≠和≠,这将导致解枵尖败。 3.1.2对角矩阵解偶法 在PWM整流器中,对角矩阵的主对角线元素为PwM整流器的d轴和q轴上的传递函 数1/(R+ly),由式(2)得: n4() P-l S (3) (5) t(5 o R+ls 在控制变量R=/() 和被控对象之间引入解耦矩阵G(s),则得到式(4) 1(=/() =O)G(s)(s) G1() (4) i (s) oLR+l () R+ls 由对角矩阵法解耦的原理得: R+L G1() ol 2+D 0 +ls 由此可得解耦矩阵G(s)的传递函数为: R+l R+l PwM整流器对角矩阵法解耦的原理如图4所示。 国科技论文在线 tp:/www.paper.edu.cn pWM整流器 n+ls L+ls A+ls 图4pPWM整流器对角矩阵法解耦的原理图 PwM整流器被解耦。对角矩阵解耦法也存在与前馈解耦法相同的问题。 3.1.3反馈解耦法 为了克服上述解耦方法的缺点,可将解耦电压项中的给定电流和换成灾际电流 和来实现解耦,即反馈解耦。反馈解耦的太耦项为一CL和L,如图3-3所示以P1、P2 为核心组成电流分量的两个控制闭环,这将有助于电流的动态响应。 WM整流器 图5PWM反馈解耦原理图 图5中,反馈解耦是将PwM整流器的d、q轴电流反馈量用于解耦电压的计算,并将 其引入pwM整流器的控制电压输入端进行叠加补偿,以实现PWM整流器交叉耦合电压的 解耦。反馈解耦是建立在电流反馈量无延迟和交叉耦合项中的电网电慼的佔计值和实际值 高度吻合基础上的。然而由于电网中有感性负载,电流滞后于电压;另外,电网电感L会随 着负载的运行发生改变,从而与估计值L之间产生偏差,使得解耦电压的计算值和父叉耦合 电压项实际值之间岀现偏差(厶-∽ω和(L-∽)ω,使反馈解耦控制效果下降。所以, 由于负载参数的变化,反馈解耦也不可能达到完全解耦 3.3智能解耦控制 3.3.1神经网络解耦法 智能解耦方法4以神经元网终解耦方法为代表。由于神经网终可实现多输入到多输 岀的映射,以任意精度逼近任意函数,并具有自学习功能,因此适用于时变、非线性、特性 未知的对象。日前,神经网络解耦在非线性系统中的应用已有了一些研究成果,但吏多的解 耦策略带有尝试性,通常依靠大星仿真实验来研究。 神经网终解耦控绱系统的结构通常采用以卜三种肜式 (1)神经网络解耦补偿器置于被控制对象与控制器之间; (2)神经网络解耦补偿器置于控制器之前 (3)神经网络解耦补偿器置于反馈回路 以上解耦方法在理谂上是成立的,但是在实际的控制系统中应用难度很大,其主要问题 是解耦器的设计依赖被控对象的数学模型,要求被搾对象的数学模型已知且为线性时不变。 山国技论文在线 http://www.paper.edu.cn 多变量的控制系统,由于囯路之间的耦合,数学模型就比较复杂,且参数的测量和计算就比 较复杂,这样则导致解耦器和控制器无法设计。为了克服解耦效果依赖于被控对象准确数学 模型的不足,可寻求一些对模型精度要求不髙的智能解耦方法。内模控制( IMC internal model control)不过分依赖于被控对象的准确数学模型,对模型精度要求低,工程上容易实现,是 种先进控制技术。 4多变量系统的內模解耦控制 4.1多变量内模控制的基本结构 所谓内模控制,其设计思路就是将对象模型与实际对象相并联,控制器逼近模型的动态 逆,内模控制器取为模型最小相部分的逆,并通过附加低通滤波器以增强系统的鲁棒性,其 基本结构图如下: R(s) Ca us G(h rs 图6多变量内模基木结构图 图中 R(5)给定值:Cn()一内模控制器:()内模输出;D(s)一系统输 出F(5)与内模输出E(5)之差;C()一内模控制对象 图7为与内模控制结构图对应的等效反馈控制结构图: R(5) L(s)「 Ys 图7等效反馈控制结构图 42三相电压型PwM整流器的内模解控制 (1)电流内模解耦控制 在图6的内模控制结构中,电流给定)-[,,U(5),1()分别对应PWM整 流器输出电压与交流侧输入电流。由式(2)有: (5) 式中(9=()4(0,()=[(,(y,o(「 Ls-oL oL +ls 为提高系统鲁棒性,引入低通滤波器()= (+元)则所设计的IMC控制器的 J)-2 为 Cm()=G()(s) P+ls-oN (6) R R,L为预测值并有 R-o (7 OL 将内模控制结构按图7(除虚线部分等效处理,侧等效反馈控制器烈()为 国科技论文在线 http:/www.paperedu.cn 将式(6)代入式(8)得: (9) 在式(9)F(s)表达式中,主对角线上元素为电流控制器传递函数表达式,反对角线 上兀素则为内模解耦网终的传递函数。图8示岀内模解耦实现控制框图 PWM整流器 A+ ls L L +24→b 图8PWM整流器内模解耦 (2)内模解耦控制作用 釆用电流内模解耦控制,可有效抑制干扰及模型失配对输岀的影响,并増强系统对给定 信号的跟踪能力 当PWM整流器的实际参数与内模匹配,即G(5)=G()时,忽略干扰D(5),可得 0 r()=2|=4()()= S (10) 可见,电流有功分量和无功分量元耦合,即实现了完全解耦。如果令λL=K, aI=X, T 7=-2,式(10)可变化为 R 0 k|1+ F()+2|a2 0 从上式可以看岀,內模控制时門控制器的基础上加一反角阵用以解耦。因此,内模控 制时PI控制的一种特殊情冮 ②当PWM整流器的实际参数与内模不匹配,即O(s)≠C()时,由于 ()0 可见,基于内模控制的PwM整流器,当模型薮和实际模型失配时,对阶跃输入和常值 干扰不存在稳态偏差。 5对三相电压型PWM整流器解耦控制的仿真分析 在反馈解耦控制中,解耦式中用实际d轴电流讠和q轴电流冫来计算去耦电压,当且仅 当PwM整流器参数佔计痄确时,耦合电压才能消除,否则存在耦合,且耦合程度取决于PWM 整流器参数估计誤差。而内模解耦搾制原玶分析表明:PwM整流器的参数的变化对定子电流 山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 的解耦效果影响不大。为了进步验证上述结论,卜面对其进行计算机仿真分析比较。仿 貞所用的PWM整流器参数为:电阻R(s)=0.4352,L=71.3mH,L=7423 (1)PwWM整沇器参数lω=Lω时反馈解梋仿貞结果分析 25 (a)输入给定波形 (b)输入给定z波形 (c)输出实际值讠波形 d)输出实际值波 图9PWM整流器参数一致时的反馈解耦效果仿真波形 比较图5-1(a)和(c)、(b)和(d)可见:d轴给定信号〃在=2从出现阶跃变化时,q轴输 出实际值不受影响;同样在=4,′出现阶跃变化时,d轴实际值也不受影响。这表 明q轴分量和d轴分量是相互独立的,PWM整流器的电压得到了解鹣。所以,当PWM 整流器参数/ω≡/ω时,反馈解耦控制有较好的解耦效果。 (2)当PWM整流器参数lω≠lω时反馈解耦仿真结果分析 (a)d轴输出实际值/波形 (b)q轴输出实际值L波形 图10PWM整流器参数一致时反馈控制解耦仿真波形 由图10当PWM整流器参数/ω≠lO时,反馈解耦控制解耦效果不佳,d轴分量和q 轴分量之间仍存在较大的耦合。 (3)当PWM整流器参数lω=lω时内模解耦仿真结果分析 (a)λ=10d轴输出值 (b)=100q 轴输出值L 图1lPWM整流器参数Lω=ω时的内模控制解耦仿真波形 当PWM整流器参数Lω=lω,参数λ=100时,内模解耦控制的解耦效果较好,PWM 整流器得到了很奷的解耦,输岀的信号能较好地复现输入 山国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn (4)PWM整流器参数lω≠l时内模解耦仿真结果分析 (a)x=100d轴输出值 (b)x=1009轴输出值乙 图12PWM整流器参数Lω≠Lω时的内模控制解耦仿真波形 PwM整流器参数/ω≠加ω,参数λ=100时,内模搾制仍旧能很好解耦,输岀信号能 较好复现输入。 6结论 本文首先介绍了多变量系统的各种特点以及其耦合特性并在其基础上对PWM整流器 进行了解耦分析。基于感应电动札定了电流解耦控制思想,提岀了三相电压型PWM整流器 电流内模解耦控制策眳,给岀了内模解耦控制器的设计及实现方案,并进行了仿真实验。通 过把内模解耦控制与反馈解耦控制的仿真结果迂行了对比,可以看岀:在参数一致时,两种 控铏方法都能对系统进行冇炇解耦,但内模控制比反馈解耦控制复现效果更好。当参数不一 致时,反馈解耦控制失厶了解耦的性能,但內模控制仍然可对系统进行解耦。输岀信号复现 输入的性能与λ取值有关,λ在一定范围内越人,复现效果越好。 参考文献 []王诗亦多变量控制系统的分析和设计M]北京:中国电力出版社,1996.1-3 [2]张崇巍,张兴PWM整流器及其控制[M北京:机械工业出版社,205 [3]柴犬佑多变量智能解耦控制及应用门第三届全球智能控制与自动化大会论文集.2000 4]徐丽娜神经网络控制[M]哈尔浜:哈尔滨工业大学出版社.199942-96 [S]蔡自兴智能控制——基础与应用M]北京国防工业出版社1998.36-98 6刘囻荣多变量系统模糊解耦自适应控制.控制理论与应用.1997.14(2).68-72 The Decoupling and research on Multivariable systems Qin Jing, Li Shiguang School of Information and Electrical Engineering. China University of Mining Technology Xuzhou (221008) E-mail:cwhsh2009@163.com Abstract: This article introduces all the characters and pling ofthe MIMO systems firstly and to analyze the decoupling of the PWM rectifier. The simplified and controllable model of three-phase voltage source PWM rectifier can be realized by stat-is and rotary coordinate transformation. The vector control based on rotary transformation could fail to decouple without accurate model and incomplete accordance between model parameters and system parameters which affects the system control performance. In order to achieve reliable and safe decoupling control based on stator current decoup ling control of induction motor theory current internal model decoupling control strategy of three-phase voltage source PWM rectifier is proposed The design and the scheme of the controller are given and all conclusions are supported by simulation. The results are favorable Key words: Multivariable systems; Decoupling control; Internal-imodel decoupling

...展开详情
试读 8P 论文研究-多变量系统的解耦与控制研究 .pdf
立即下载 低至0.43元/次 身份认证VIP会员低至7折
    抢沙发
    一个资源只可评论一次,评论内容不能少于5个字
    • 至尊王者

      成功上传501个资源即可获取
    关注 私信 TA的资源
    上传资源赚积分,得勋章
    最新推荐
    论文研究-多变量系统的解耦与控制研究 .pdf 10积分/C币 立即下载
    1/8
    论文研究-多变量系统的解耦与控制研究 .pdf第1页
    论文研究-多变量系统的解耦与控制研究 .pdf第2页
    论文研究-多变量系统的解耦与控制研究 .pdf第3页

    试读已结束,剩余5页未读...

    10积分/C币 立即下载 >