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基于等价输入干扰补偿的执行器非线性系统重复控制设计

基于等价输入干扰补偿的执行器非线性系统重复控制设计

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作者：肖芳春中南大学

学位级别：硕士

重复控制以其优越的周期信号控制性能,广泛应用于具有周期性控制任务的伺服系统设计中,为解决工业实践中系统高精度跟踪/抑制某一周期给定/扰动信号这一控制问题提供了简单有效的方法。然而,执行器非线性特性的存在会严重影响重复控制... 详细信息

重复控制以其优越的周期信号控制性能,广泛应用于具有周期性控制任务的伺服系统设计中,为解决工业实践中系统高精度跟踪/抑制某一周期给定/扰动信号这一控制问题提供了简单有效的方法。然而,执行器非线性特性的存在会严重影响重复控制系统的性能。本文针对一类输入端存在执行器非线性特性的系统,研究重复控制系统中执行器非线性特性的补偿问题,提出一种基于等价输入干扰补偿的执行器非线性系统重复控制设计方法,有效地补偿执行器非线性特性对重复控制系统性能的影响。为非线性重复控制系统设计提供一种新思路,拓宽重复控制的应用范围。首先,针对具有执行器非线性的标称系统,建立改进型基于等价输入干扰补偿的重复控制系统。将输入端执行器非线性视为输入相关的扰动项,采用等价输入干扰的方法估计并补偿其对系统输出的影响,再与重复控制律结合实现对周期信号的高精度跟踪,同时给出了控制系统设计方法。这种非线性补偿方法无需已知非线性特性的精确模型,具有普遍适用性。数值仿真结果显示,该系统能有效补偿执行器非线性特性对系统的影响,具有优越的周期信号跟踪性能。然后,在上述研究的基础上,将这一方法应用到具有执行器非线性的不确定系统的周期信号跟踪问题上,拓宽该方法的适用范围。建立基于等价输入干扰补偿的插入式重复控制系统结构,给出系统的稳定性条件和设计方法,并分析系统的扰动抑制性能和鲁棒稳定性能。仿真结果表明该系统能有效地抑制非周期扰动,且对系统参数不确定性具有鲁棒性。最后,基于电机实验装置,进行非线性重复控制实验,将基于等价输入干扰补偿的重复控制方法应用于控制电机跟踪周期转速运行,验证系统的非线性补偿性能和周期信号跟踪性能。实验结果体现了本文所提方法的有效性和实际可行性。

关键词：重复控制执行器非线性等价输入干扰补偿扰动抑制不确定性

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单相全桥逆变器的二维重复控制设计

单相全桥逆变器的二维重复控制设计

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作者：郭玉玺湖南科技大学

学位级别：硕士

逆变器作为分布式能源系统的核心部件,被称为微电网和智能电网的“交流路由器”,在分布式能源的利用中起着举足轻重的作用。其输出功率的品质对能源系统的发电效率和输出电能的质量产生直接影响,因此对逆变器控制问题的研究具有重要的... 详细信息

逆变器作为分布式能源系统的核心部件,被称为微电网和智能电网的“交流路由器”,在分布式能源的利用中起着举足轻重的作用。其输出功率的品质对能源系统的发电效率和输出电能的质量产生直接影响,因此对逆变器控制问题的研究具有重要的现实意义和应用价值。针对离网型能源系统单相全桥逆变器,为了改善逆变系统的稳态跟踪性能和扰动抑制性能,本文提出基于二维模型的重复控制和扰动抑制主动控制的逆变系统设计方法。论文的主要研究工作和创新点如下:(1)分析逆变器在能源系统中所起的作用,建立逆变控制系统的数学模型。逆变器的主要作用是实现电能转换,保证电能转换的效率和输出电能的质量。离网型能源系统相当于电压源,要求逆变器输出电压和频率都恒定的交流电,一般采用恒压恒频的逆变器控制,这实际上是一个正弦参考电压/频率信号的跟踪控制问题。本文首先分析逆变器在能源系统中所起的作用和控制特性,利用基尔霍夫定律推导出数学模型描述,并获得系统的状态空间表达式。(2)提出基于二维模型的重复控制补偿的逆变系统设计方法。对于逆变系统,产生谐波的因素多样,重复控制可以同时抑制频率为基波频率整数倍的无数多次谐波信号的干扰。利用逆变器波形畸变重复出现的特点,建立基于重复控制补偿的逆变控制系统结构模型,通过重复控制的反复‘学习’,逐周期地修正波形,实现对周期性参考输入信号的高精度稳态跟踪。数值仿真结果表明所设计的逆变系统鲁棒稳定,跟踪误差能快速收敛于零。(3)提出基于等价输入干扰的逆变系统重复控制设计方法。重复控制对非周期扰动的抑制作用不大。为了提高逆变系统的鲁棒性和输出电能的质量,本文提出基于等价输入干扰(EID)的扰动抑制主动控制方法。首先,通过分析外界扰动对系统性能的影响,构造EID估计器,对扰动对系统输出的影响进行实时估计,利用EID估计值构建扰动补偿器,建立基于重复控制前馈补偿和扰动估计反向主动补偿的控制规律。然后,针对包括重复控制器、反馈控制器、EID估计器和补偿器的逆变系统,应用Lypunov稳定性理论和分离设计原理,提出重复控制器、反馈控制器和EID估计器参数的整定方法。最后,通过仿真结果表明所设计的逆变系统具有满意的暂态性能、稳态性能和扰动抑制性能。

关键词：逆变器谐波抑制重复控制等价输入干扰补偿

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