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变结构控制理论问题及在有源电网调节器中的应用研究

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  二十世纪五十年代,前苏联学者Emelyanov首次提出变结构控制的概念,之后Utkin和Itkis等人进一步发展了变结构系统理论。到了七十年代,滑模变结构控制系统以其独特的优点和特性引起了许多学者的关注,众多学者从不同的理论角度,运用各种数学手段对其进行深入研究,使得变结构控制理论逐渐发展成为一个相对独立的研究分支。现今在状态估计、离散系统控制、时滞系统控制、不确定性系统的鲁棒控制、自适应控制、预测控制、输出反馈控制等方面均有变结构控制理论的研究和报道。滑模变结构控制器具有鲁棒性好、设计实现方便等优点,已被逐步应用于有源电网滤波的控制之中。电网滤波器(Active Power Filter)是实现综合治理电网污染、提高电网稳定性和改善电能质量的一项关键技术。不同类型的有源电网滤波器能对变化的负载电流进行动态谐波和无功补偿以及电压补偿。在电力系统控制中,由于电力电子开关的动作改变电路拓扑,系统具有不连续性,使得各类电力电子开关组成的控制电路可以被描述为变结构控制系统。所以采用滑模变结构控制有其天然的合理性。而且变结构控制对系统的变化和外部干扰不敏感,具有很强的鲁棒性,所以滑模变结构控制理论在电力电子器件的控制中有着很好的应用前景。本文根据变结构控制理论的研究现状以及工程应用对变结构控制理论研究所提出的新要求,对有源电网调节器和一类传统的带有继电器型的伺服电机模型进行了深入研究和探讨,并给出了相应的研究结果。本文主要研究工作概括如下:1.提出了一种基于控制趋近律的模糊变结构控制策略。针对串联型有源电网调节器运用变结构控制策略,调节电力电子开关模式,以获得预期的平衡电压,对串联型有源电网调节器提出了模糊积分变结构控制方法,使串联型有源电网调节器既保持了常规滑模控制强鲁棒性的优点,又减弱了滑模控制的抖振,提高了系统的稳态精度,使系统具有良好的动态和静态性能,仿真试验表明该控制策略是一种十分有效的控制方法。2.针对一类并联型有源电网调节器在分析系统数学模型和控制目标的基础浙江大学博士学位论文上,提出了模糊滑模控制策略,避免了传统控制方法中复杂的谐波电流计算,实现对电源电流的闭环控制,该算法简单、易于实现,仿真结果证实了变结构滑模控制的有效性。3.针对一类带位置、时间滞后的继电器型伺服系统,分析其产生抖动的原因,并在此基础上提出了改善一种特定的带有继电器的伺服电机模糊控制策略,在继电器空间滞后区改变控制作用时间的大小,在靠近平衡点附近引入自由运动(控制量为零)。该控制算法对削弱带有继电器的伺服电机变结构控制系统所固有的抖振具有良好的效果。4.研究了线性定常离散系统、离散不确定系统、滞后离散确定系统变结构控制策略。对离散滑模变结构控制的趋近律进行改进,可以使状态点到达平衡点,使其避免了系统状态点在平衡点附近的抖振。同时对不确定性离散变结构系统和时间滞后不确定系统进行了分析;最后用离散变结构控制方法对串联型有源电网调节器进行控制。仿真结果证明了该控制策略的有效性。……   
[关键词]:变结构控制;滑动模态;抖振;模糊控制;有源电网调节器;离散变结构控制;继电系统
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:浙江大学2003年