数据驱动学习控制及其电力逆变器工程应用研究

发布时间：2020-08-31 20:01

　　 本论文以电力逆变器为被控对象,针对输出电压谐波问题系统的研究了数据驱动学习控制设计方法,考虑逆变器工程中存在不确定性和扰动问题,设计了三通道复合控制器,同时也考虑了微网中多逆变器电压电流协调控制等问题。论文主要研究内容及创新点总结如下:一、针对逆变器输出电压谐波问题,提出了基于数字滤波器的线性相位学习控制方法。工作包括通过对系统扰动和期望信号传递函数的分析,给出了闭环学习系统稳定性条件,并利用数字滤波器线性相位特性设计了满足稳定性条件的学习控制器;设计了带有正反馈通道滤波器的学习控制方法,用于抑制逆变器运行中的周期域误差累积,使得学习控制对于特定频段的稳定裕度相应增加。仿真表明,所提逆变器学习控制方法具有较低的总谐波畸变和较高的输出电压精度。二、针对逆变器学习控制中存在的非周期扰动,提出了带有信息选择机制的学习控制方法。工作包括利用输出电压误差有效值分析误差信息周期特征,通过设置误差波动阈值抑制非周期扰动对学习环节的影响;通过引入扩张状态观测器对非周期扰动进行估计与补偿,并分析了观测器对不同频率扰动的估计性能;为了便于逆变系统实际应用,将学习环节设计为仅含有一个滤波器的单位正反馈环节,使用滤波器截止频率即可确定学习参数。三、针对逆变器实际工程中存在的不确定因素和外部扰动,设计了含有前馈学习环节、抗扰环节,以及基本反馈环节的三通道复合控制器,并证明了稳定性;对三通道控制器各环节参数进行整合,提出了逆变系统复合控制器单参数整定方法。实验表明,三通道复合控制器能够有效抑制多种不确定性和扰动,对逆变系统参数摄动以及外部扰动等均不敏感。四、针对微网多逆变器协调控制问题,在信息物理系统框架下设计了整合的电压电流双环协调控制方案,实现了电压的精确输出与分布式单元的电流均衡。工作包括设计了带同步信号发生器的电压学习控制,使得各分布式单元间可实现正弦输出电压相位同步;设计了电流趋同调节器,利用本地和邻节点瞬时电流数据非线性组合,实现分布式单元间的电流均衡;利用邻节点历史电流数据,设计了通信受限情况下电流调节器趋同策略,降低了该协调方案受通信网络的制约。通过仿真验证了所提微网多逆变器协调控制方案的有效性。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM464
【部分图文】：

制主要针对含有定常或慢时变的不确定系统，该理论设计参数自适应律，邋实现不确定系统对参考轨定的系统，传统ＩＬＣ以固定不变的学习律往往很难控制在修正系统及控制器参数方面的优势，自适应已有的系统先验知识，对学习控制器参数，以及系统自适应迭代更新，目前已经成为一个新的研宄方向，文献［４２］中明确提出了自适应迭代学习控制的基本与非线性最优控制相结合，利用复合能量函数（Ｃｏｍ证明了控制器以及迭代参数辨识的收敛性１４３，？。文方法不同于原有的压缩映射方法，为ＩＬＣ收敛性分对于参考轨迹非严格重复和初始状态变化的情况，函数，证明了在自适应ＩＬＣ下，跟踪误差能够沿迭［４５］。文献［４６］利用ＣＥＦ方法证明了带有时滞系统的性。逡逑

图１．２论文结构图逡逑Ｆｉｇ邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｔｈｅｓｉｓ逡逑势。然后，对逆变系统存在的不确定性、周期性谐波扰动，以及外部输入的非周逡逑期扰动等进行了详细分析。最后，对逆变系统主要组成部件的指标和特性做了说逡逑明，分析了它们对控制过程的影响。逡逑第３章利用周期时间延迟环节构建线性组合学习律，通过对系统扰动及参考逡逑信号传递函数的分析，给出了闭环系统稳定性条件。提出了基于数字滤波器的线逡逑性相位学习控制。利用非线性函数对基本线性环节学习律进行了改进，使学习律逡逑能够在不同学习阶段发挥不同效能。针对学习控制在逆变器实际工程中的鲁棒性逡逑问题，设计了带有正反馈通道滤波器的学习控制方法，用于抑制逆变器运行中的逡逑周期域误差累积，使得学习控制对于特定频段的稳定裕度相应增加。逡逑第４章首先对抗扰问题中的能控性、扰动的可补偿性做了合理假设。其次，逡逑推导了逆变器无扰化指定模型，分析了扰动观测器对不同频率扰动的估计性能。逡逑利用输出电压误差有效值分析误差信息周期特征，通过设置误差波动阈值抑制非逡逑周期扰动对学习环节的影响。设计了逆变系统三通道复合控制器，给出了周期域逡逑

２．２．１单相全桥逆变器结构及模型逡逑电力逆变器（ｐｏｗｅｒ邋ｉｎｖｅｒｔｅｒ）主要由直流电压源、ＩＧＢＴ逆变桥、ＬＣ－滤波输逡逑出电路及负载等几部分构成，如图２．１所示。其中：￡为直流母线电压，＼〈？为逡逑直流电压源邋逆变桥逦ｉ！逡逑逦逦Ｈ逦１邋逦逦逦逡逑ｓ＇＼ｌ逦ｌｃ－滤波器逦ｋ逡逑ｊ邋４＝邋＝ｐ邋Ｒｍ逡逑Ｉg切逦Ｔ邋ｖ逡逑图２．１逆变系统结构逡逑Ｆｉｇ邋２．１邋Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｉｎｖｅｒｔｅｒ邋ｓｙｓｔｅｍｓ逡逑逆变桥交流侧电压，％？是受四个ＩＧＢＴ＆，邋Ｓ２，邋Ｓ３，心所控制的开关量，逡逑？邋Ｅ，邋Ｓｉ，Ｓ３邋＝邋0ｎ，邋Ｓ２，Ｓ４邋＝邋0ｆｆ逡逑Ｖｉ？邋＝邋？逡逑－Ｅ，邋５２，５４邋＝邋0／ｉ，邋Ｓｉ，Ｓ３邋＝邋ｏｆｆ，逡逑心为电感电流，ｖｃ为电容电压，尺为负载大小，＾为负载上的电流。脉冲宽度调逡逑制发生器根据控制信号输出适当占空比的方波，驱动逆变桥动作，获得期望的正逡逑弦交流输出电压［１１９］。逡逑忽略开关管的瞬态、电感和电容内阻以及电压传输当中的高频脉动，逆变电逡逑路系统模型为：逡逑ｄｖｃ邋．．逡逑ｃ—邋＝邋ｈ－ｉｒ逡逑％逦（２－Ｄ逡逑１－Ｊ：邋＝邋ｖｉｎ－Ｖｃ．逡逑ａｔ逡逑令；ｃ邋＝邋［ｖｃ，／；ｒ为状态变量，Ｍ邋＝逦为系统输入

【参考文献】

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本文编号：2809257