CN106953531A - 基于若干历史周期采样信息的电流内环无差拍控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于若干历史周期采样信息的电流内环无差拍控制方法，包括下述步骤：在三相ABC静止坐标系下的数学模型基础上，通过坐标变换和离散化获得了一种在两相αβ静止坐标系下无差拍控制的离散化的数学模型，为了减小采样误差对无差拍电流控制方法的影响。本发明利用若干历史周期的实际电流数据通过前向校正，得到当前周期的多个估计值，并采用平均算法获得当前周期的校正后的电流值。本发明的优点在于：既能解决延时补偿问题，又能降低由于采样引起的误差。

Description

基于若干历史周期采样信息的电流内环无差拍控制方法
技术领域
本发明涉及电气技术领域，具体为基于若干历史周期采样信息的电流内环无差拍控制方法。
背景技术
在PWM变流器的控制系统中，电流控制的准确性和稳定性是衡量控制系统性能的重要指标。在目前已有的电流控制方法中，无差拍控制方法具有对外部干扰响应速度快，控制过程无过冲，响应速度快，控制精度高，仅依赖于主电路的实际电气参数等优点，使其运用范围日益广泛。
但无差拍控制的在实现过程中，由于数据采样到数据执行存在两拍的时间延时，这一延时造成的影响必须加以考虑。若两者相差较大，将给系统带来较大的控制误差，影响电流的控制精度和系统的运行状态。目前，在电力电子装置中应用的无差拍电流内环尚未采用基于若干历史周期信息的控制方法。
发明内容
本发明的目的在于提供基于若干历史周期采样信息的电流内环无差拍控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于若干历史周期采样信息的电流内环无差拍控制方法,包括下述步骤：在三相ABC静止坐标系下的数学模型基础上，通过坐标变换和离散化获得了一种在两相αβ静止坐标系下无差拍控制的离散化的数学模型，通过三相PWM变流器的数学模型可以得到电感的电压为：
式中:
Δuα(n+1) Δuβ(n+1)分别为αβ轴上第(n+1)周期作用在电感的电压；iα *(n+1)iβ *(n+1)分别为αβ轴上第(n+1)周期电流给定值；iα(n)iβ(n)分别为αβ轴上第(n)周期电流值；Ls Ts分别为电感值和时间；
由于数字信号控制器的特点，第(n)周期的电流无法通过当前周期采样获得，需要根据第(n)周期作用在电抗上的电压Δuα(n),Δuβ(n)和第(n-1)周期的电流iα(n-1),iβ(n-1)根据(1)式进行估计，估计的表达式为：
结合(1)、(2)式，可得第(n+1)周期作用在电感的电压为：
优选的，所述式(3)式中第(n-1)周期的实际电流降低采样误差处理方法为：利用第(n-1),(n-2),…,(n-k)周期的实际电流通过前向校正到第(n-1)周期后求平均值的运算获得式(5)需要使用的第(n-1)周期的经过校正后的电流第(n-m)周期的实际电流值通过递归运算，校正到第(n-1)周期的估计值的通式为：
则(n-1)周期的采样电流校正值为：
将(4)式代入(5)式可得(6)：
式中，k为采样次数。
将(6)式代入(3)式中可得(n+1)周期作用在电感的电压为：
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明利用若干历史周期的实际电流数据通过前向校正，得到当前周期的多个估计值，并采用平均算法获得当前周期的校正后的电流值。本发明的优点在于：既能解决延时补偿问题，又能降低由于采样引起的误差。
附图说明
图1为本发明的控制系统框图。
图2为本发明无差拍控制方法结构框图。
图3为传统的无差拍控制方法与本发明算法的比较图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：基于若干历史周期采样信息的电流内环无差拍控制方法,包括下述步骤：在三相ABC静止坐标系下的数学模型基础上，通过坐标变换和离散化获得了一种在两相αβ静止坐标系下无差拍控制的离散化的数学模型，通过三相PWM变流器的数学模型可以得到电感的电压为：
式中:
Δuα(n+1) Δuβ(n+1)分别为αβ轴上第(n+1)周期作用在电感的电压；iα *(n+1)iβ *(n+1)分别为αβ轴上第(n+1)周期电流给定值；iα(n)iβ(n)分别为αβ轴上第(n)周期电流值；Ls Ts分别为电感值和时间；
由于数字信号控制器的特点，第(n)周期的电流无法通过当前周期采样获得，需要根据第(n)周期作用在电抗上的电压Δuα(n),Δuβ(n)和第(n-1)周期的电流iα(n-1),iβ(n-1)根据(1)式进行估计，估计的表达式为：
结合(1)、(2)式，可得第(n+1)周期作用在电感的电压为：
在(3)式中，若直接使用图1中(n-1)周期的电流实际值iα(n-1),iβ(n-1)去计算第(n+1)周期PWM整流器要输出的电压，采样误差会对无差拍电流内环的正常工作造成较大的影响。为了提高无差拍电流内环工作的精确性，需要对(3)式中第(n-1)周期的实际电流进行降低采样误差处理。
处理方法为：利用第(n-1),(n-2),…,(n-k)周期的实际电流通过前向校正到 第(n-1)周期后求平均值的运算获得式(5)需要使用的第(n-1)周期的经过校正后 的电流第(n-m)周期的实际电流值通过递归运算，校正到第(n-1) 周期的估计值的通式为：
则(n-1)周期的采样电流校正值为：
将(4)式代入(5)式可得(6)：
式中，k为采样次数。
将(6)式代入(3)式中可得(n+1)周期作用在电感的电压为：
采样次数k的取值会影响系统的快速性和稳定性。k较大时系统的稳定性会增强，k较小时系统的电流跟踪速度会增强。假设在采样过程中引入了一个幅值为A的误差，则经过电流校正算法后，该误差幅值降低为。k的取值越大对误差的衰减也越大，但由于引入了更多的非本周期的采样值，系统的响应速度就会随着k取值的增大而减小。
图3(a)和(b)分别是现有的无差拍控制方法和本发明控制方法的实验波形。图中从上到下依次是直流侧电压，给定电流信号，A相输出电流，电流谐波频谱。对比两图可以看出本发明的控制方法，直流侧电压更加稳定，输出电流正弦度更好，谐波含量更低。
本发明利用若干历史周期的实际电流数据通过前向校正，得到当前周期的多个估计值，并采用平均算法获得当前周期的校正后的电流值。本发明的优点在于：既能解决延时补偿问题，又能降低由于采样引起的误差。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.基于若干历史周期采样信息的电流内环无差拍控制方法,其特征在于：包括下述步骤：在三相ABC静止坐标系下的数学模型基础上，通过坐标变换和离散化获得了一种在两相αβ静止坐标系下无差拍控制的离散化的数学模型，通过三相PWM变流器的数学模型可以得到电感的电压为：
式中:
Δuα(n+1) Δuβ(n+1)分别为αβ轴上第(n+1)周期作用在电感的电压；iα *(n+1) iβ *(n+1)分别为αβ轴上第(n+1)周期电流给定值；iα(n) iβ(n)分别为αβ轴上第(n)周期电流值；LsTs分别为电感值和时间；
由于数字信号控制器的特点，第(n)周期的电流无法通过当前周期采样获得，需要根据第(n)周期作用在电抗上的电压Δuα(n),Δuβ(n)和第(n-1)周期的电流iα(n-1),iβ(n-1)根据(1)式进行估计，估计的表达式为：
结合(1)、(2)式，可得第(n+1)周期作用在电感的电压为：
2.根据权利要求1所述的基于若干历史周期采样信息的电流内环无差拍控制方法，其特征在于：所述式(3)式中第(n-1)周期的实际电流降低采样误差处理方法为：利用第(n-1),(n-2),…,(n-k)周期的实际电流通过前向校正到第(n-1)周期后求平均值的运算获得式(5)需要使用的第(n-1)周期的经过校正后的电流第(n-m)周期的实际电流值通过递归运算，校正到第(n-1)周期的估计值的通式为：
(4)
则(n-1)周期的采样电流校正值为：
将(4)式代入(5)式可得(6)：
式中，k为采样次数。
将(6)式代入(3)式中可得(n+1)周期作用在电感的电压为：
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