基于ADRC的双向DC-DC变换器在节能电梯系统中的应用

发布时间：2020-11-11 15:49

　　 电梯作为现代建筑的必要便捷设备,产生的能耗约占我国建筑能耗总量的五分之一,具有巨大的节能空间。当前大多数电梯采用的能耗制动方案会造成极大的能量浪费,少部分节能电梯采用的逆变馈能方案则会对电网造成谐波污染问题。以双向DC-DC变换器结合超级电容的直流储能方案在近年兴起,它有效利用了当前电梯系统交直交为主的供电结构,并结合超级电容的诸多优点,不仅实现了电梯制动能量的回收利用,也避免了与电网的能量交换,不会对电网造成谐波污染,是一种极具发展潜力的电梯节能技术。本文首先分析了超级电容的储能应用背景,结合大部分电梯系统的供电方案,以兼容性为依据建立了双向DC-DC变换器的功能指标,并选择双向全桥变换器作为双向DCDC变换器装置的主电路拓扑。针对实际电梯系统中存在的一些问题,完成了拓扑的实用性改进。其次,本文采用峰值电流模式双闭环控制方案,对系统进行建模及控制器设计。其中,通过斜坡补偿方案解决了其模型本身存在的次谐波振荡问题;采用状态空间平均法建立了系统等效功率级模型;针对双向DC-DC变换器具有强非线性及存在大信号扰动等特点,引入了具有强鲁棒性的自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC),结合系统自身特点对控制器结构进行改进。在此基础上,搭建Matlab/Simulink的时域和频域仿真以验证控制方法的正确性。最后,为验证装置整体设计方案的可行性,本文完成了系统的硬件电路和软件程序设计,搭建了双向DC-DC变换器实验平台,设计了相应的测试方案。实验测试结果表明该设计能够实现预期功能,满足电梯系统工作条件要求,具备实用性与较高可靠性,同时为设备进一步改进提供了依据。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU857;TM46
【部分图文】：

如文献[63]对 Boost 变化器采用基于扰动观测理论和变 PI 控制的复合控制方案闭环系统的动、稳态性能及抗扰性能；文献[64]在深入分析自抗扰控制器结构，提出了一套积分型线性自抗扰控制器（I-LADRC）的参数整定方法，并在火汽温控制系统中进行了应用；文献[65]则采用 LADRC 与前馈控制相结合的方其应用到带 RHP 零点的非最小相位系统中，取得了很好的控制效果。本文中的 LADRC 控制器采用基于二阶 LESO 和比例控制器相结合的复合控制结构，定控制器参数，以改善系统性能。.1 LESO 设计与降压模式的设计过程类似，首先采用模型降阶法，将被控对象降为一阶系统2( ) 3750 0.36s( )( )3.53pY sG sU s s Gboost(s)与 Gp2(s)的频域特性对比图如图 4-15 所示。

图 4-21 wo变化时升压模式的阶跃响应波形和抗扰过程波形（KP=3000、b0=3750）2）KP对系统性能的影响 KP变化时系统的阶跃响应波形和抗扰过程波形如图 4-22 所示。其中，t=0 时响应的起始时刻，t=0.005s 时刻为抗扰过程的起始时刻。图 4-22 KP变化时升压模式的阶跃响应波形和抗扰过程波形（wo=6000、b0=3750）

图 4-23 b0变化时升压模式的阶跃响应波形和抗扰过程波形（wo=6000、KP=3000）合上述分析可知，wo在改善系统的抗扰性能方面具有明显贡献，因为适当增大 LESO 对扰动的估计和补偿效果。但是根据图 4-20 可知，wo过大将使 GLADRC半平面极点，从而导致系统不稳定。适当增大 KP能提高系统的控制器带宽，统的动态性能和抗扰性能。但是 RHP 零点的存在，限制了系统控制器带宽的而限制了 KP的大小，否则将因 KP过大导致系统出现振荡现象（见图 4-22）。文在不改变 KP的前提下，设计了如表 4-2 所示的四组 LADRC 控制器参数。通 4-2 中参数的选取过程来介绍升压模式的控制器参数整定方法。表 4-2 四组 LADRC 控制器参数（KP=3000）参数第一组 LADRCwo=6000b0=3750 1=2wo， 2=wo2
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本文编号：2879401