CN104570723B - 一种准ir调节器应用于负载电压波形跟踪控制环的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种准IR调节器应用于负载电压波形跟踪控制环的方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、构建准IR调节器；步骤2、将经步骤1构建的准IR调节器串联于控制闭环的前向通道中，将指令U_L(s)与反馈信号U_f(s)比较后的误差信号e作为准IR调节器的输入信号，输出为控制信号u；步骤3利用步骤2中得到的控制信号u控制开关管的开通或关断，最终实现输出准确跟踪指令信号。本发明准IR调节器应用于负载电压波形跟踪控制环的方法是将准IR调节器应用于无整流器、无变压器、无储能电容的串联型电压暂变补偿拓扑的负载电压波形跟踪控制环中，提高了输出电压对工频及低频偏移信号的跟踪精度，从而解决了母线电压无法上升的问题。

Description

一种准IR调节器应用于负载电压波形跟踪控制环的方法

技术领域

本发明属于调节器应用技术领域，涉及一种准IR调节器应用于负载电压波形跟踪控制环的方法。

背景技术

传统的PID调节器由于具有结构简单、操作便捷、对数学模型具有较强的鲁棒性，以及参数易于整定的优点，在工业控制系统上得到了广泛的应用。但是，当系统带宽为3～5倍的工频，要求对工频及低频信号有较高的跟踪精度时，传统的PID调节器就无法满足系统高跟踪精度的要求。

针对无整流器、无变压器及无储能电容的串联型电压暂变补偿拓扑，当集总电路带宽较窄并且系统存在与指令信号同频的正弦扰动的时候，PID调节器则无法使输出准确跟踪输入，导致母线电压一直下降不能上升，为解决这一问题，提出了一种准IR调节器，并将其应用于负载电压波形跟踪控制环中，它能实现输出精确跟踪输入。

发明内容

本发明的目的是提供一种准IR调节器应用于负载电压波形跟踪控制环的方法，解决了PID调节器在系统带宽受限并存在与指令信号同频的正弦扰动时，难以同时高精度跟踪含低频偏移的正弦信号，解决了母线电压只降不升的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种准IR调节器应用于负载电压波形跟踪控制环的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、构建准IR调节器；

步骤2、先将经步骤1构建的准IR调节器串联于控制闭环的前向通道中，然后将指令U_L(s)与反馈信号U_f(s)比较后的误差信号e作为准IR调节器的输入信号，输出信号为控制信号u；

步骤3、利用步骤2中得到的控制信号u来控制半桥逆变器中开关管的开通或关断，实现输出准确跟踪指令信号。

本发明的特点还在于：

步骤1具体按照以下步骤实施：

步骤1.1、构建准IR调节器的传递函数G(s)，具体算法如下：

式中，已知参数：T₀为50Hz工频所对应的时间常数，为阻尼比；待定参数：K为调节器的稳态增益值，T₁为时间常数；

步骤1.2、将准IR调节器内集成有两种算法，具体如下：

令s＝jω₀；

得到如下算法：

在谐振点有幅值条件|G_R(jω₀)|＝P_r谐振峰值下，得到P_r与T₁的关系如下：

根据与则得到：

步骤1.3、根据步骤1.2得到的G_R(s)，计算得到G_R(s)在系统带宽ω_c处的增益值A_cr，ω_c为系统带宽，具体算法如下：

步骤1.4、根据已知的控制对象的稳态增益值K_pwm，得到准IR调节器的稳态增益值K与G_R(s)在系统带宽ω_c处的增益值A_cr之间的关系具体如下：

根据系统的稳定性确定P_r的值后，通过计算得到准IR调节器的稳态增益值K及时间常数T₁。

步骤2中准IR调节器通过导线依次与半桥逆变器、RC检测电路及电压检测模块连接构成闭合回路。

半桥逆变器内集成有如下算法：

K_pwm为半桥逆变器的稳态增益，T₁为半桥逆变器等效的时间常数，s为复频域变量。

RC检测电路内集成有如下算法：

T₂为RC检测电路等效的时间常数，s为复频域变量。

电压检测模块内集成有如下算法：

T₃为电压监测模块等效的实践常数，s为复频域变量。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明准IR调节器应用于负载电压波形跟踪控制环的方法，主要是将准IR调节器应用于无整流器、无变压器、无储能电容的串联型电压暂变补偿拓扑的负载电压波形跟踪控制环中，提高了输出电压对工频及低频偏移信号的跟踪精度，从而解决了母线电压无法上升的问题；

(2)本发明准IR调节器应用于负载电压波形跟踪控制环的方法，能够使输出信号在幅值及相位上高精度跟踪输入信号的；

(3)本发明准IR调节器应用于负载电压波形跟踪控制环的方法，对参数具有更高的鲁棒性。

附图说明

图1是本发明准IR调节器应用于负载电压波形跟踪控制环的方法中将准IR调节器串联于控制闭环的前向通道内的电路结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的一种准IR调节器应用于负载电压波形跟踪控制环的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、构建准IR调节器，具体按照以下步骤实施：

步骤1.1、构建准IR调节器的传递函数G(s)，具体算法如下：

式(1)中，已知参数：T₀为50Hz工频所对应的时间常数，为阻尼比；待定参数：K为调节器的稳态增益值，T₁为时间常数；

步骤1.2、将准IR调节器内集成有两种算法，具体如下：

令s＝jω₀；

得到如下算法：

在谐振点有幅值条件|G_R(jω₀)|＝P_r谐振峰值下，得到P_r与T₁的关系如下：

根据与则得到：

步骤1.3、根据步骤1.2得到的G_R(s)，计算得到G_R(s)在系统带宽ω_c处的增益值A_cr，ω_c为系统带宽，具体算法如下：

步骤1.4、根据已知的控制对象的稳态增益值K_pwm，得到准IR调节器的稳态增益值K与G_R(s)在系统带宽ω_c处的增益值A_cr之间的关系具体如下：

根据系统的稳定性确定P_r的值后(P_r的选择依据系统的带宽和稳定性，不同系统对于稳定性和带宽肯定是不同的)，通过计算得到准IR调节器的稳态增益值K及时间常数T₁。

步骤2、将经步骤1构建的准IR调节器串联于控制闭环的前向通道中，如图1所示，将指令U_L(s)与反馈信号U_f(s)比较后的误差信号e作为准IR调节器的输入信号，输出为控制信号u；

其中，准IR调节器串联于控制闭环的前向通道中的具体方式为：

准IR调节器通过导线依次与半桥逆变器、RC检测电路及电压检测模块连接构成闭合回路。

半桥逆变器内集成有如下算法：

K_pwm为半桥逆变器的稳态增益，T₁为半桥逆变器等效的时间常数，s为复频域变量。

RC检测电路内集成有如下算法：

T₂为RC检测电路等效的时间常数，s为复频域变量。

电压检测模块内集成有如下算法：

T₃为电压监测模块等效的实践常数，s为复频域变量。

步骤3、利用步骤2中得到的控制信号u来控制半桥逆变器中开关管的开通或关断，实现输出准确跟踪指令信号。

本发明准IR调节器应用于负载电压波形跟踪控制环的方法是将准IR调节器应用于无整流器、无变压器、无储能电容的串联型电压暂变补偿拓扑的负载电压波形跟踪控制环中，提高了输出电压对工频及低频偏移信号的跟踪精度，从而解决了母线电压无法上升的问题。

Claims (1)

1.一种准IR调节器应用于负载电压波形跟踪控制环的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、构建准IR调节器，具体按照以下步骤实施：

步骤1.1、构建准IR调节器的传递函数G(s)，具体算法如下：

$G\left(s\right)=\frac{K{(Ts+1)}^2}{s(T_0^2{s}^2+2{\mathrm{\ξT}}_{0}s+1)}---\left(1\right);$

式中，已知参数：T₀为50Hz工频所对应的时间常数，为阻尼比；待定参数：K为调节器的稳态增益值，T₁为时间常数；

步骤1.2、将准IR调节器内集成有两种算法，具体如下：

$G_I\left(s\right)=\frac{K}{s}---\left(2\right);$

$G_R\left(s\right)=\frac{{(T_{1}s+1)}^2}{T_0^2{s}^2+2{\mathrm{\ξT}}_{0}s+1}---\left(3\right);$

令s＝jω₀；

得到如下算法：

$G_R\left({\mathrm{j\ω}}_0\right)=\frac{{(T_1{\mathrm{j\ω}}_0+1)}^2}{2j\mathrm{\ξ}}---\left(4\right);$

在谐振点有幅值条件|G_R(jω₀)|＝P_r谐振峰值下，得到P_r与T₁的关系如下：

$T_1=\frac{\sqrt{2P_r\mathrm{\ξ}-1}}{{\mathrm{\ω}}_0}---\left(5\right);$

根据与则得到：

$G_R\left(s\right)=\frac{(2P_r\mathrm{\ξ}-1)T_0^2{s}^2+2\sqrt{2P_r\mathrm{\ξ}-1}{T}_{0}s+1}{T_0^2{s}^2+2{\mathrm{\ξT}}_{0}s+1}---\left(6\right);$

步骤1.3、根据步骤1.2得到的G_R(s)，计算得到G_R(s)在系统带宽ω_c处的增益值A_cr，ω_c为系统带宽，具体算法如下：

$A_{cr}=\left|\frac{(2P_r\mathrm{\ξ}-1)T_0^2{{\mathrm{\ω}}_c}^2+2\sqrt{2P_r\mathrm{\ξ}-1}{T}_0{\mathrm{\ω}}_c+1}{T_0^2{{\mathrm{\ω}}_c}^2+2{\mathrm{\ξT}}_0{\mathrm{\ω}}_c+1}\right|---\left(7\right);$

步骤1.4、根据已知的控制对象的稳态增益值K_pwm，得到准IR调节器的稳态增益值K与G_R(s)在系统带宽ω_c处的增益值A_cr之间的关系具体如下：

$\begin{array}{c}\frac{K\×K_{\mathrm{pwm}}}{{\mathrm{\ω}}_c}=\frac{1}{A_{\mathrm{cr}}};\\ \⇒K=\frac{{\mathrm{\ω}}_c}{A_r\×K_{\mathrm{pwm}}}\end{array}---\left(8\right);$

根据系统的稳定性确定P_r的值后，通过计算得到准IR调节器的稳态增益值K及时间常数T₁；

步骤2、将经步骤1构建的准IR调节器串联于控制闭环的前向通道中，将指令U_L(s)与反馈信号U_f(s)比较后的误差信号e作为准IR调节器的输入信号，输出为控制信号u；

所述步骤2中准IR调节器通过导线依次与半桥逆变器、RC检测电路及电压检测模块连接构成闭合回路；

所述半桥逆变器内集成有如下算法：

$G_1\left(s\right)=\frac{K_{pwm}}{T_{1}s+1};$

K_pwm为半桥逆变器的稳态增益，T₁为时间常数，s为复频域变量；

所述RC检测电路内集成有如下算法：

$G_2\left(s\right)=\frac{1}{T_{2}s+1};$

T₂为RC检测电路等效的时间常数，s为复频域变量；

所述电压检测模块内集成有如下算法：

$G_3\left(s\right)=\frac{1}{T_{3}s+1};$

T₃为电压检测模块等效的时间常数，s为复频域变量；

步骤3、利用步骤2中得到的控制信号u来控制半桥逆变器中开关管的开通或关断，实现输出准确跟踪指令信号。