CN112698570B - 基于经验误差的pi控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于经验误差的PI控制系统及方法，以解决现有的电能质量治理设备输出不稳定的技术问题。本发明根据目标值与实际输出值构成控制误差，将误差的比例和经验误差的积分进行线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，其中经验误差由经验生成器产生。本发明旨克服了瞬时误差波动引起的输出波动问题，提高控制平滑性和输出稳定性，从而保证电能质量治理设备的有效性。

Description

基于经验误差的PI控制系统及方法
技术领域
本发明涉及电子信息技术领域，具体涉及一种基于经验误差的PI控制系统及方法。
背景技术
随着电力电子技术的发展，大量非线性、冲击负荷接入电网，引起日益严峻的电能质量问题；同时，智能电网建设及新能源发展又对电能质量提出新的要求，这使得电能质量的治理迫在眉睫。电能质量治理已成为电力电子技术、电气自动化技术和电力系统领域所面临的重大课题之一，而电能质量治理设备作为有效的电能治理工具也得到越来越多的关注。
传统的电能质量治理设备由于具有方法简单，容易实现，动态性能好等优点广泛应用于工程实践中，特别是在电能质量治理设备中；但其无法克制误差波动带来的输出不稳定问题，这严重影响到了电能输出的质量。
发明内容
本发明提供一种基于经验误差的PI控制系统及方法，以解决现有的电能质量治理设备输出不稳定的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
设计一种基于经验误差的PI控制系统，包括比较器、比例器、经验生成器、积分器、加法器，所述比较器的输入端连接基准信号和输出信号，所述比较器的输出端包括第一支路和第二支路，所述第一支路连接所述比例器的输入端，所述第二支路连接所述经验生成器的输入端，所述经验生成器的输出端连接所述积分器的输入端，所述比例器和所述积分器的输出端连接所述加法器的输入端。
进一步的， 在连续时间条件下，所述经验生成器的输入和输出满足
Figure 860623DEST_PATH_IMAGE001
，其中，输入e(x)为所述比较器的输出信号，T为e(x)的周期，所述em(t)为所述经验生成器的输出信号。
进一步的，在离散时间条件下，所述经验生成器的输入和输出满足
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，其中，输入e(m)为所述比较器的输出信号，所述e（m）为所述经验生成器的输出信号，N为e(m)一个周期内的输出信号的个数。
还设计一种基于经验误差的PI控制方法，用于电能质量的治理，由上述基于经验误差的PI控制系统执行，包括以下步骤：
S1：设定所需要的基准电流y*；
S2：采集系统的实际输出电流yo；
S3：所述实际输出的电流yo与所述基准电流y*进行比较得差值e(t)；
S4：对e(t)在一个周期T内求均值，记为
Figure 59654DEST_PATH_IMAGE003
；
S5：将e(t)和em（t）按照以下关系进行处理得到控制量u（t）：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；
S6：利用执行机构按照控制量u（t）对实际输出电流yo进行调节。
进一步的，步骤S2中，系统的实际输出电流经过电压调整转换为计算机能够识别的信号。
进一步的，积分时间常数Ti和所述比例常数Kp由系统配置的元件参数决定。
与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果在于：
本发明增设一级经验生成器，对实际输出和标准输出的差值进行积分后求均值，能够有效降低输出波动，提高控制平滑性和输出稳定性，保证电能质量治理设备的有效性。
附图说明
图1为本发明基于经验误差的PI控制系统的结构示意图。
图2为现有的PI控制系统的结构示意图。
图3为本发明基于经验误差的PI控制方法流程图。
图4为本发明基于经验误差的PI控制方法与传统PI控制方法的对比图，其中，最下方输出图形为本发明实验例的输出结果。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。
以下实施例中所涉及或依赖的程序均为本技术领域的常规程序或简单程序，本领域技术人员均能根据具体应用场景做出常规选择或者适应性调整。
以下实施例中所涉及的单元模块、零部件、结构、机构或传感器等器件，如无特别说明，则均为常规市售产品。
实施例1：一种基于经验误差的PI控制系统，参见图1， 系统实际输出信号为yo，拟输出的标准信号为y*，从yo中引一条反馈支路和y*一起被送入比较器，输出误差信号e(t)，然后误差信号e(t)分为两个支路，一路连接比例器Kp，一路输入经验生成器得到经验误差em(t)后再连接积分器Ki，最后对比例器Kp和积分器Ki的输出进行求和得到控制信号u(t)。控制信号u(t)作用于被控对象对输出信号yo进行调节，降低输出波动，提高稳定性。在现有的PI控制系统中，参见图2，控制量u(t)为误差函数e(t)乘以比例系数Kp加上误差函数在一定时间内的积分再乘以比例系数，而误差积分会存在波动的问题，造成输出不稳定；因此，本发明在积分器前增加一级经验误差生成器，用来减缓积分造成的波动问题，使实际输出电流尽可能接近标准值。
上述基于经验误差的PI控制系统适用于变流器等有源电能治理设备(APF,SPC)和有源无功发生器(SVG)，首先采集变流器的输出信号yo并转换为计算机能够识别的小信号，主要是降压处理，然后由系统对采集到的信号进行一系列处理，由数字信号处理器（DSP）完成，得到的最终控制量u(t)经过数字化处理成为控制变流器开关的闭合控制信号，控制变流器的开关闭合，从而实现对电流的控制。
实施例2：一种基于经验误差的PI控制方法，参见图3，包括以下步骤，
S1：设定所需要的基准电流y*；
S2：采集系统的实际输出电流yo；
S3：将实际输出的电流yo与基准电流y*进行比较得差值e(t)；
S4：对e(t)在一个周期T内求均值；
S5：将e(t)和em（t）按照以下关系进行处理得到控制量u（t）：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
；
S6：将u（t）经过数字化处理成为控制变流器开关的闭合控制信号，控制变流器的开关闭合，从而实现对输出电流的控制。
在图2所示现有的PI 控制系统中，控制量有瞬时误差e(t)决定：连续时间控制下，控制量的具体公式如下：
Figure 636129DEST_PATH_IMAGE006
，其中Ti 为积分时间常数，Kp 为比例常数；
离散时间控制情况下，控制量的具体公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，其中Ni为离散求和时间常数。
而在图1所示的本发明中，连续时间情况下，控制量的具体公式如下：
Figure 608502DEST_PATH_IMAGE005
，其中em(t)为经验生成器的输出，公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，T为e(t)的周期；
离散时间控制下，控制量具体公式如下：
Figure 954032DEST_PATH_IMAGE009
，其中em(n)为经验生成器的输出，公式为
Figure 307653DEST_PATH_IMAGE002
，N为e(n)的周期。
实验例1：将实施例2所述方案应用于SVG产品中，输入输出试验结果如图4所示，与传统PI相比，本发明输出控制量u(t)在0.1V范围内变化，u(t)的波动性（即u(t)曲线上毛刺）得到较大程度的减少，这意味着，通过本发明控制方法可以有效抑制瞬时误差波动对输出稳定性的影响。
基于上述优点，本发明可应用于有源电力滤波变器、有源无功发生器（SVG）及有源三相负荷不平衡调节器的控制系统。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明；但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明构思的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，或者对相关步骤、方法进行等同替代，从而形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (4)

1.一种基于经验误差的PI控制系统，其特征在于，包括比较器、比例器、经验生成器、积分器、加法器，所述比较器的输入端连接基准信号和输出信号，所述比较器的输出端包括第一支路和第二支路，所述第一支路连接所述比例器的输入端，所述第二支路连接所述经验生成器的输入端，所述经验生成器的输出端连接所述积分器的输入端，所述比例器和所述积分器的输出端连接所述加法器的输入端；在连续时间条件下，所述经验生成器的输入和输出满足
Figure QLYQS_1
，其中，输入e(x)为所述比较器的输出信号，T为e(x)的周期，所述em(t)为所述经验生成器的输出信号；在离散时间条件下，所述经验生成器的输入和输出满足
Figure QLYQS_2
，其中，输入e(m)为所述比较器的输出信号，所述em（n）为所述经验生成器的输出信号，N为e(m)一个周期内的输出信号的个数。
2.一种基于经验误差的PI控制方法，用于电能质量的治理，其特征在于，由权利要求1所述的基于经验误差的PI控制系统执行，包括以下步骤：
S1：设定所需要的基准电流y*；
S2：采集系统的实际输出电流yo；
S3：所述实际输出的电流yo与所述基准电流y*进行比较得差值e(t)；
S4：对e(t)在一个周期T内求均值，记为
Figure QLYQS_3
；
S5：将e(t)和em（t）按照以下关系进行处理得到控制量u（t）：
Figure QLYQS_4
，其中，Ti为积分时间常数，Kp为比例常数；
S6：利用执行机构按照控制量u（t）对实际输出电流yo进行调节。
3.根据权利要求2所述的基于经验误差的PI控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，系统的实际输出电流经过电压调整转换为计算机能够识别的信号。
4.根据权利要求2所述的基于经验误差的PI控制方法，其特征在于，所述积分时间常数Ti和所述比例常数Kp由系统配置的元件参数决定。
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