基于模糊P1-重復控制的直流有源濾波器研究

時間：2022-08-15 12:14:15

關鍵字：直流有源濾波器模糊P1-重復控制 Matlab

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[導讀]摘要:直流有源濾波器具有抑制低次諧波的優(yōu)點,被廣泛地應用在航空等領域。為使直流有源濾波器能快速響應且精準補償各次紋波,現(xiàn)提出一種基于模糊P1-重復控制的方法,并在Matlab/simulink環(huán)境下進行了仿真驗證。仿真結果表明,該控制方法不但具有較快的響應能力,而且能夠進行無誤差的穩(wěn)態(tài)跟蹤補償。

引言

直流有源濾波器具有體積小,能夠較好地消除各次紋波等優(yōu)點,因此被廣泛地應用在航空等領域。如何對其濾波效果進行更好的控制,成為了當前的一個關鍵問題。

傳統(tǒng)的補償紋波電流的控制方法主要包括P1控制、多比例諧振、重復控制。文獻提出采用P1控制來補償紋波電流,并進行了理論研究和仿真驗證,但是P1控制方法的帶寬是有限的,在中高頻段衰減嚴重,相位滯后也很明顯,無法在全頻段跟蹤控制紋波信號:文獻針對四橋臂的有源濾波器提出了改進型的PR控制補償電流的方法,并通過搭建20kV的實驗平臺進行驗證,結果顯示此控制方法能很好地進行紋波電流的補償,但該控制方式只能對特定次數(shù)的紋波進行補償,不能對各次紋波都進行補償:文獻提出用重復控制補償紋波電流,該方法的交流網(wǎng)側的諧變率從8.4%下降到3.4%,此方法能夠有效抑制穩(wěn)態(tài)誤差,但是重復控制的動態(tài)響應速度比較慢,不能及時地補償紋波電流。

本文提出了基于模糊P1-重復控制的直流有源濾波器,不但彌補了模糊P1-控制對紋波電流控制準確度不足的缺陷,還改善了重復控制的動態(tài)響應速度慢的問題。

1直流有源濾波器原理分析

并聯(lián)型直流有源濾波器的結構拓撲如圖1所示。

如圖1所示,并聯(lián)型直流有源濾波器通過平波電抗器輸出的電流是iL＋iC,紋波電流iC為參考電流分量,使直流有源濾波器產生電流與iC大小相等、方向相反,以此補償紋波。

2模糊Pl-重復控制

重復控制器是一種周期性控制的無差調節(jié),能夠很好地消除系統(tǒng)的誤差,達到抑制紋波的效果,但是該控制系統(tǒng)的延時環(huán)節(jié)導致了其動態(tài)響應速度變慢:而模糊P1控制動態(tài)響應速度快,將重復控制和模糊P1控制結合使用,不但能有效地減少系統(tǒng)誤差,而且能夠提高系統(tǒng)響應速度。模糊P1-重復控制的結構框圖如圖2所示。

2.1模糊Pl控制器設計

設模糊P1的輸入、輸出論域為(-6,6),變量語言取值為負大(NB)、負中(NM)、負小(Ns)、零(Z0)、正小(Ps)、正中(PM)、正大(PB)。模糊控制的隸屬函數(shù)采用的是三角函數(shù)。

比例系數(shù)KP能夠反映誤差e,當出現(xiàn)誤差后即刻反應,來減少誤差。如果KP過大,會造成系統(tǒng)振蕩,因此,若誤差e較大,應快速抑制誤差,KP的值也要相應增大:反之,誤差e較小時,為防止超調太大使系統(tǒng)振蕩,KP的值要變小。綜合考慮誤差和誤差變化率時,當e和ec同號,此時要增大KP:反之,要減小KP。

積分系數(shù)K1的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。當K1過大時,會引起系統(tǒng)超調增大。為防止積分飽和,如果誤差e較大,則令K1等于零:若e較小,讓K1作用,使其隨著e的減小而增大,來減少系統(tǒng)誤差。

AKP、AK1的控制規(guī)則表如表1所示。