RU2746798C1 - Method for controlling nonlinear dynamic processes in single-phase voltage inverters with sinusoidal bipolar reverse modulation - Google Patents

Method for controlling nonlinear dynamic processes in single-phase voltage inverters with sinusoidal bipolar reverse modulation Download PDF

Info

Publication number
RU2746798C1
RU2746798C1 RU2020124525A RU2020124525A RU2746798C1 RU 2746798 C1 RU2746798 C1 RU 2746798C1 RU 2020124525 A RU2020124525 A RU 2020124525A RU 2020124525 A RU2020124525 A RU 2020124525A RU 2746798 C1 RU2746798 C1 RU 2746798C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
control system
control
dynamic processes
fed
Prior art date
Application number
RU2020124525A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Иванович Андриянов
Original Assignee
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет" filed Critical ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет"
Priority to RU2020124525A priority Critical patent/RU2746798C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2746798C1 publication Critical patent/RU2746798C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal

Abstract

FIELD: converter technology.
SUBSTANCE: claimed invention relates to converter technology; it can be used in the implementation of digital control systems for single-phase inverters with sinusoidal pulse-width modulation. An algorithm for controlling nonlinear dynamics is proposed. The control pulses to the keys of the power part, consisting of a bridge inverter and an L-shaped LC filter, are supplied by a control system that includes two subsystems. The main subsystem is a standard automatic deviation control system that consists of an error calculator that calculates the difference between the task signal and the feedback signal, a feedback amplifier with a given coefficient, a regulator that amplifies the error signal with a given coefficient, the adder to one of the inputs of which a signal is sent after the controller, and to the second input of which a signal from the auxiliary control system for dynamic processes is sent, a sampling-storage device that captures the control signal at discrete times, the output signal of which is fed to the comparator, which compares this signal with the unfolding voltage coming from a specialized generator, and generates control pulses with power keys, which allows providing a high-quality sinusoidal output voltage in a wide range of variations in system parameters. The second subsystem is a control system for nonlinear dynamic processes. When calculating corrective actions at discrete moments in the control system for nonlinear dynamic processes, the values of phase variables at discrete moments in the previous period of the low-frequency process are used. Subtracting from them using subtractors of state variables at discrete moments in the current period of the low-frequency process, recorded by sampling-storage devices and scaled with specified coefficients, forms a residual vector, the components of which are multiplied by the specified coefficients. Then, the components of the residual vector are fed to the adder of the main control subsystem, which allows one to influence the error signal and ensure the stability of the required dynamic mode. The technical implementation of the proposed control system does not require the use of expensive high-performance microcontrollers and can be implemented by slightly modifying the circuit of a standard device.
EFFECT: invention is aimed at eliminating dangerous fluctuations in the output voltage that occur with a certain set of system parameters.
1 cl, 3 dwg

Description

Заявленное изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при реализации цифровых систем управления однофазными инверторами с синусоидальной широтно-импульсной модуляцией с возможностью исключения опасных колебаний выходного напряжения, возникающих при определенном наборе параметров системы.The claimed invention relates to converter technology and can be used in the implementation of digital control systems for single-phase inverters with sinusoidal pulse-width modulation with the possibility of eliminating dangerous fluctuations in the output voltage arising from a certain set of system parameters.

Известен способ IOP Conference Series: Materials Science and Engineering [1], называемый методом направления на цель, где для стабилизации неустойчивых желаемых динамических режимов предполагается использование линейной обратной связи.The known method IOP Conference Series: Materials Science and Engineering [1], called the method of targeting, where to stabilize unstable desired dynamic modes, it is assumed to use linear feedback.

Стабилизация желаемого динамического режима происходит за счет того, что к сигналу управления после регулятора напряжения прибавляется корректирующий сигнал, который представляет собой сумму компонент масштабированного вектора невязки, который представляет собой разность между вектором координат заданной неподвижной точки желаемого режима фиксируемого в дискретные моменты времени и вектором координат текущей рабочей точки, также фиксируемого в дискретные моменты времени.The stabilization of the desired dynamic mode occurs due to the fact that a correction signal is added to the control signal after the voltage regulator, which is the sum of the components of the scaled residual vector, which is the difference between the vector of coordinates of a given fixed point of the desired mode fixed at discrete times and the vector of coordinates of the current operating point, also fixed at discrete times.

К недостаткам указанного метода относится необходимость использования предварительно рассчитанных массивов координат неподвижных точек стробоскопического отображения Xst1=[x11reƒ, x12reƒ, x13reƒ, … x1greƒ]; Xst2=[x21reƒ, x22reƒ, x23reƒ, …x2greƒ] размером, равным кратности квантования q. Первый массив представляет собой набор заданий на желаемый ток дросселя в дискретные моменты времени на периоде низкочастотного выходного напряжения, а второй - набор заданий на желаемое напряжения на конденсаторе в дискретные моменты времени. Для их расчета используются вычислители неподвижных точек, предъявляющие серьезные требования к быстродействию управляющего микроконтроллера, что повышает стоимость системы управления и приводит к невозможности создания устройств с высокой кратностью квантования.The disadvantages of this method include the need to use pre-calculated arrays of coordinates of fixed points of the stroboscopic display X st1 = [x 11reƒ , x 12reƒ , x 13reƒ ,… x 1greƒ ]; X st2 = [x 21reƒ , x 22reƒ , x 23reƒ ,… x 2greƒ ] of size equal to the multiplicity of quantization q. The first array is a set of tasks for the desired choke current at discrete moments in time during a period of low-frequency output voltage, and the second is a set of tasks for the desired voltage across the capacitor at discrete moments in time. To calculate them, fixed-point computers are used, which make serious demands on the speed of the control microcontroller, which increases the cost of the control system and makes it impossible to create devices with a high quantization rate.

Известен способ 4th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA) [2], называемый методом с запаздывающей обратной связью, где для стабилизации неустойчивых желаемых динамических режимов инверторов с синусоидальной широтно-импульсной модуляцией также предполагается использование непрерывной линейной обратной связи.The known method of the 4th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA) [2], called the method with lagging feedback, where to stabilize the unstable desired dynamic modes of inverters with sinusoidal pulse width modulation is also assumed to use continuous linear feedback.

Стабилизация желаемого динамического режима происходит за счет того, что к сигналу управления после регулятора напряжения непрерывно прибавляется корректирующий сигнал, который представляет собой масштабированную разность между током в момент времени t и током в момент времени t-a, где a - период широтно-импульсной модуляции, что позволяет обеспечить желаемый периодический режим. При этом данная коррекция относится к методам непрерывного управления нелинейными динамическим процессами.The stabilization of the desired dynamic mode occurs due to the fact that a correction signal is continuously added to the control signal after the voltage regulator, which is the scaled difference between the current at time t and the current at time t- a , where a is the pulse-width modulation period, which allows you to provide the desired periodic mode. Moreover, this correction refers to the methods of continuous control of nonlinear dynamic processes.

К недостаткам данного метода является необходимость использования в подсистеме управления нелинейными динамическими процессами звена чистого запаздывания, которое может быть реализовано лишь с применением микроконтроллеров. Особенность микроконтроллерной реализации звена чистого запаздывания относит данную систему к классу квазинепрерывных систем управления. Также очевидно, что при реализации звена чистого запаздывания требования к микроконтроллеру достаточно высоки.The disadvantages of this method is the need to use a pure delay link in the nonlinear dynamic processes control subsystem, which can be implemented only with the use of microcontrollers. The peculiarity of the microcontroller implementation of the pure delay link classifies this system as a quasi-continuous control system. It is also obvious that when implementing a pure lag link, the requirements for the microcontroller are quite high.

Целью изобретения является создание дискретной системы управления нелинейными динамическими процессами в однофазном инверторе напряжения для обеспечения его работы в желаемом динамическом режиме с малой амплитудой паразитных гармоник без использования предварительно рассчитываемого массива координат неподвижных точек стробоскопического отображения и без использования квазинепрерывного принципа управления, предъявляющего высокие требования к микроконтроллеру, реализующему звено чистого запаздывания.The aim of the invention is to create a discrete control system for nonlinear dynamic processes in a single-phase voltage inverter to ensure its operation in the desired dynamic mode with a low amplitude of parasitic harmonics without using a pre-calculated array of coordinates of fixed points of stroboscopic display and without using a quasi-continuous control principle that imposes high requirements on the microcontroller, realizing a link of pure delay.

Данная задача решается за счет того, что импульсы управления на ключи силовой части, состоящей из мостового инвертора и Г-образного LC-фильтра, подает система управления, включающая две подсистемы: главную подсистему, представляющую собой стандартную систему автоматического управления по отклонению и состоящую из вычислителя ошибки, вычисляющего разность между сигналом задания и сигналом обратной связи, усилителя обратной связи с заданным коэффициентом, регулятора, усиливающего сигнал ошибки с заданным коэффициентом, сумматора на один из входов которого подается сигнал после регулятора, а на второй - сигнал от вспомогательной системы управления динамическими процессами, устройства выборки-хранения, которое фиксирует сигнал управления в дискретные моменты времени, выходной сигнал которого подается на компаратор, который сравнивает этот сигнал с развертывающим напряжение, поступающим от специализированного генератора, и формирует управляющие импульсы силовыми ключами, что позволяет обеспечить синусоидальное выходное напряжение высокого качества в широком диапазоне вариации параметров системы; система управления нелинейными динамическими процессами,This problem is solved due to the fact that the control pulses to the keys of the power unit, consisting of a bridge inverter and an L-shaped LC filter, are supplied by a control system that includes two subsystems: the main subsystem, which is a standard automatic control system for deviation and consists of a calculator error, which calculates the difference between the reference signal and the feedback signal, a feedback amplifier with a given coefficient, a controller that amplifies the error signal with a given coefficient, an adder, one of the inputs of which is fed a signal after the controller, and the second - a signal from an auxiliary control system for dynamic processes , a sample-and-hold device that captures the control signal at discrete moments in time, the output signal of which is fed to a comparator, which compares this signal with the sweeping voltage supplied from a specialized generator, and generates control pulses with power switches, which allows emit high quality sinusoidal output voltage in a wide range of variation of system parameters; control system for nonlinear dynamic processes,

отличающаяся тем, что рассматриваемом способе при расчете корректирующих воздействий в дискретные моменты в системе управления нелинейными динамическими процессами используются значения фазовых переменных в дискретные моменты на предыдущем периоде низкочастотного процесса, вычитание из которых с помощью вычитателей переменных состояния в дискретные моменты времени на текущем периоде низкочастотного процесса, фиксируемых устройствами выборки-хранения и масштабированных с заданными коэффициентами, формирует вектор невязки компоненты которого умножаются на заданные коэффициенты, и далее компоненты вектора невязки подаются на сумматор главной подсистемы управления, что позволяет дискретно по времени влиять на сигнал ошибки и обеспечивать устойчивость требуемого динамического режима.characterized in that the considered method, when calculating corrective actions at discrete moments in the control system of nonlinear dynamic processes, uses the values of phase variables at discrete moments in the previous period of the low-frequency process, subtraction from which using subtractors of state variables at discrete moments in time in the current period of the low-frequency process, fixed by the sampling-storage devices and scaled with specified coefficients, generates a residual vector whose components are multiplied by specified coefficients, and then the components of the residual vector are fed to the adder of the main control subsystem, which allows discrete time influence on the error signal and ensure the stability of the required dynamic mode.

Техническая реализация предлагаемой системы управления не требует применения дорогих производительных микроконтроллеров и может быть реализована путем незначительной модификации схемы стандартного устройства.The technical implementation of the proposed control system does not require the use of expensive high-performance microcontrollers and can be implemented by slightly modifying the circuit of a standard device.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:The essence of the invention is illustrated by drawings, which show:

Фиг. 1. Функциональная схема преобразователя с синусоидальной двухполярной реверсивной модуляцией [3] с управлением нелинейными динамическими процессами.FIG. 1. Functional diagram of a converter with sinusoidal bipolar reversible modulation [3] with control of nonlinear dynamic processes.

Фиг. 2. Двухпараметрические карты динамических режимов преобразователей с синусоидальной двухполярной реверсивной модуляцией без управления нелинейными динамическими процессами.FIG. 2. Two-parameter maps of dynamic modes of converters with sinusoidal bipolar reversible modulation without control of nonlinear dynamic processes.

Фиг. 3. Двухпараметрические карты динамических режимов преобразователей с синусоидальной двухполярной реверсивной модуляцией с управление нелинейными динамическими процессами.FIG. 3. Two-parameter maps of dynamic modes of converters with sinusoidal bipolar reversible modulation with control of nonlinear dynamic processes.

В системе управления преобразователя (фиг. 1) выделяется две подсистемы: главная подсистема управления (ГПУ), обеспечивающая регулирование по отклонению мгновенного значения выходного переменного синусоидального напряжения; система управления нелинейными динамическими процессами (СУНДП), обеспечивающая подачу корректирующих воздействий на главную подсистему управления с целью стабилизации желаемого динамического режима.In the control system of the converter (Fig. 1), two subsystems are distinguished: the main control subsystem (GPU), which provides regulation by the deviation of the instantaneous value of the output alternating sinusoidal voltage; a control system for nonlinear dynamic processes (NDPC), which provides corrective actions to the main control subsystem in order to stabilize the desired dynamic mode.

В ГПУ для заведения обратной связи по напряжению используется масштабирующий усилитель с коэффициентом β. Вычитатель вычисляет ошибку по выходному напряжению Uош, которая поступает на пропорциональный регулятор с коэффициентом α. В качестве задания на выходное напряжение используется сигнал Uз, изменяющийся во времени по синусоидальному закону. Сигнал управления после регулятора Uу подается вход сумматора, на второй вход которого поступает сигнал с СУНДП, а выходной сигнал подается на неинвертирующий вход компаратора. На инвертирующий вход компаратора подается развертывающее напряжение Uр от генератора развертывающего напряжения ГРН. Выходные импульсы компаратора Uи управляют силовыми транзисторами в составе мостового преобразователя, при чем на транзисторы VT2, VT3 сигналы управления подаются с выхода инвертора И на вход которого поступает сигнал с компаратора.The GPU uses a β scaling amplifier to provide voltage feedback. The subtractor calculates the error of the output voltage Uosh, which is fed to the proportional controller with the coefficient α. The signal U is used as a reference for the output voltage.swhich changes in time according to a sinusoidal law. Control signal after controller Uat the input of the adder is fed, the second input of which receives the signal from the SUNDP, and the output signal is fed to the non-inverting input of the comparator. The scanning voltage U is applied to the inverting input of the comparatorR from the generator of the deployment voltage ГРН. Comparator output pulses Uand they control power transistors as part of a bridge converter, and control signals are fed to transistors VT2, VT3 from the output of the inverter, and a signal from the comparator is fed to the input of which.

На фиг. 1 приняты следующие обозначения: xp,k,i - i-я фазовая переменная в начале k-то тактового интервала p-го периода синусоидального управляющего воздействия; up,k,i - управляющее воздействие по i-й фазовой переменной в начале k-го тактового интервала p-го периода синусоидального управляющего воздействия.FIG. 1 the following designations are adopted: x p, k, i - the i-th phase variable at the beginning of the k-th clock interval of the p-th period of the sinusoidal control action; u p, k, i - control action on the i-th phase variable at the beginning of the k-th clock interval of the p-th period of the sinusoidal control action.

В предлагаемой системе управления не используются предварительно рассчитанные массивы неподвижных точек стробоскопического отображения, а также звено чистого запаздывания. Переменные состояния в виде тока дросселя и напряжения на конденсаторе фиксируются устройствами выборки-хранения УВХ1 и УВХ2 (фиг. 1) в дискретные моменты времени, после чего происходит их масштабирование с коэффициентами β1 и β2 соответственно. УВХ1, УВХ2 тактируются импульсами с тактового генератора ЗГ, который одновременно тактирует генератор опорного напряжения ГРН, обеспечивая синхронную работу данных устройств. Блоки задержки БЗ (фиг. 1) также тактируются задающим генератором ЗГ и обеспечивают задержку на q-тактовых интервалов, т.е. на период выходного напряжения, запоминая переменные состояния в дискретные моменты времени, что снижает требования микроконтроллеру.The proposed control system does not use pre-calculated arrays of fixed points of stroboscopic display, as well as a pure delay link. The state variables in the form of the inductor current and the voltage across the capacitor are recorded by the sampling-storage devices UVX1 and UVX2 (Fig. 1) at discrete moments of time, after which they are scaled with coefficients β 1 and β 2, respectively. УВХ1, УВХ2 are clocked by pulses from the clock generator ZG, which simultaneously clocks the reference voltage generator ГРН, providing synchronous operation of these devices. Blocks of delay BZ (Fig. 1) are also clocked by the master oscillator ZG and provide a delay for q-clock intervals, i.e. for the period of the output voltage, memorizing the state variables at discrete times, which reduces the requirements for the microcontroller.

Вычитатели В1 и В2 вычисляют отклонения координат k-й дискретной точки на p-м периоде управляющего воздействия от координат k-й дискретной точки на p-1-м периоде управляющего воздействия с умножением полученных разностей, составляющих вектор невязки ΔX=[Δxp,k,1, Δxp,k,1]T=[Δucp,k, ΔiLp,k]T, на коэффициенты К1 и К2 соответственно.Subtractors B1 and B2 calculate the deviations of the coordinates of the k-th discrete point at the p-th period of the control action from the coordinates of the k-th discrete point at the p-1-th period of the control action with multiplying the obtained differences that make up the residual vector ΔX = [Δx p, k , 1 , Δx p, k, 1 ] T = [Δu cp, k , Δi Lp, k ] T , by the coefficients К 1 and К 2, respectively.

Корректирующие воздействия СУНДП up,k,i определяются по выражениюThe corrective actions of the SUNDP u p, k, i are determined by the expression

up,k,i=Kiβi(xp-1,k,i-xp,k,i)=KiβiΔxp,k,i, где i=1, 2, k=1, 2…q,u p, k, i = K i β i (x p-1, k, i -x p, k, i ) = K i β i Δx p, k, i , where i = 1, 2, k = 1 , 2 ... q,

где q - кратность квантования.where q is the multiplicity of quantization.

Корректирующие воздействия up,k,i поступая на главную подсистему управления, вызывают изменение коэффициента Δzp,k на k-м тактовом интервале.Corrective actions u p, k, i arriving at the main control subsystem cause a change in the coefficient Δz p, k at the k-th clock interval.

Для расчета оптимальных коэффициентов Ki необходимо рассчитать матрицу монодромии в окрестности неподвижной точки желаемого режима X* и выбрать такие коэффициенты Ki при которых старший мультипликатор будет меньше единицы.To calculate the optimal coefficients K i, it is necessary to calculate the monodromy matrix in the vicinity of the fixed point of the desired mode X * and choose such coefficients K i at which the senior multiplier will be less than one.

Д ля начала рассмотрим математическое описание движений в преобразователей в форме стробоскопического отображения, которое является модификацией [4]To begin with, consider the mathematical description of the movements in the transducers in the form of a stroboscopic display, which is a modification of [4]

Figure 00000001
Figure 00000001

где р - номер итерации отображения системы с внешним периодическим воздействием, Xp,k - значения вектора фазовых переменных в начале k-то тактового интервала p-й итерации отображения.where p is the number of the iteration of the mapping of the system with an external periodic action, X p, k are the values of the vector of phase variables at the beginning of the k-th clock interval of the p-th iteration of the mapping.

Введем обозначенияLet us introduce the notation

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

где

Figure 00000005
n=2… - вектор моментов коммутаций на тактовом интервале в относительном времени при этом zk0=0, zknk=1,
Figure 00000006
.Where
Figure 00000005
n = 2 ... is the vector of switching moments on the clock interval in relative time with z k0 = 0, z knk = 1,
Figure 00000006
...

Переход от абсолютного времени t к относительному z осуществляется по выражениюThe transition from absolute time t to relative z is carried out by the expression

Figure 00000007
Figure 00000007

Матрицы Ai и вектора VABi в (2) при i=1,2 определяются [4]The matrices A i and the vector V ABi in (2) for i = 1,2 are defined [4]

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
где R - активное сопротивление дросселя, L - индуктивность фильтра, С - емкость фильтра, Uвх - входное напряжение, Rн - сопротивление нагрузки.
Figure 00000009
where R is the active resistance of the choke, L is the filter inductance, C is the filter capacitance, U in is the input voltage, R n is the load resistance.

Переключающая функция для рассматриваемой системы при использовании предлагаемого метода управления с учетом [4] имеет видThe switching function for the system under consideration when using the proposed control method taking into account [4] has the form

Figure 00000010
Figure 00000010

где Xk-1 - значение вектора фазовых переменных в начале k-го тактового интервала; c1=(0 1)T - постоянный вектор, определяющий компоненту вектора переменных состояния, участвующую в выражениях, Uз(z,k)=Uзтsin(ω((k-1)a+za)), где ω=2πƒc, ƒc=1/(qa), при k=1…q - сигнал задания на выходное напряжение.where X k-1 is the value of the vector of phase variables at the beginning of the k-th clock interval; c 1 = (0 1) T is a constant vector that determines the component of the vector of state variables involved in the expressions, U z (z, k) = U zt sin (ω ((k-1) a + z a )), where ω = 2πƒ c , ƒ c = 1 / (q a ), for k = 1… q - the signal for the output voltage.

Момент коммутации на тактовом интервале в относительном времени определяются на основании уравнения многообразия переключенияThe switching moment on the clock interval in relative time is determined on the basis of the switching manifold equation

Figure 00000011
Figure 00000011

где ξp,k,n (X, z) - переключающая функция, соответствующая n-му моменту коммутации на k-м тактовом интервале p-й итерации отображения, используя которую определяют момент коммутации zp,k,n (переключающие функции специфичны для каждого преобразователя и будут рассмотрены позднее). При этом, как упоминалось ранее, для всех случаев zp,k,0=0 и zp,k,nk=1.where ξ p, k, n (X, z) is the switching function corresponding to the nth switching time at the kth clock interval of the pth iteration of the mapping, which is used to determine the switching time z p, k, n (switching functions are specific for each converter and will be discussed later). Moreover, as mentioned earlier, for all cases z p, k, 0 = 0 and z p, k, nk = 1.

С целью поиска оптимальных значений Ki рассмотрим отображениеIn order to find the optimal values of K i, consider the mapping

Figure 00000012
Figure 00000012

которое отображает вектор неподвижных точек в дискретные моменты времени на р-1 итерации отображения в вектор неподвижных точек в дискретные моменты времени на р-й итерации отображения.which maps the vector of fixed points at discrete times at p-1 iteration of the mapping to the vector of fixed points at discrete times at the p-th iteration of the mapping.

Отображение (4) может быть осуществлено путем итерирования отображения (1). Указанное отображение для линеаризованной в малой окрестности неподвижной точки желаемого режима системы можно представить какMapping (4) can be accomplished by iterating over mapping (1). The indicated mapping for the desired system regime linearized in a small neighborhood of a fixed point can be represented as

Figure 00000013
Figure 00000013

Figure 00000014
- матрица линеаризованной системы, рассчитанная в окрестности неподвижной точки желаемого режима (матрица монодромии). Неподвижная точка желаемого режима в рассматриваемой системе может быть найдена по методике [4].
Figure 00000014
is the matrix of the linearized system, calculated in the vicinity of the fixed point of the desired mode (monodromy matrix). The fixed point of the desired mode in the system under consideration can be found by the method [4].

Рассчитав матрицу М по выражению (5) с помощью численного дифференцирования с использованием (1) с применением метода оптимизации Нелдера-Мида можно найти такие значения Ki при которых модуль максимального собственного значения матрицы М будет меньше единицы.Having calculated the matrix M according to expression (5) using numerical differentiation using (1) using the Nelder-Mead optimization method, one can find such values of K i at which the modulus of the maximum eigenvalue of the matrix M will be less than one.

Предлагаемая структура системы управления реализуется достаточно большим спектром современных микроконтроллеров.The proposed structure of the control system is implemented by a fairly large range of modern microcontrollers.

Для анализа эффективности предлагаемой системы управления было проведено математическое моделирование, которое осуществлялось при следующих параметрах системы: L=0,1 Гн; С=1 мкФ; R=10 Ом; Rн=100 Ом; α=60; β=0,01; Uзт=5 В; Uрт=10 В; a=0,0001 с; К1=-0,9; К2=-0,9; β1=0,01; β2=0,1.To analyze the effectiveness of the proposed control system, mathematical modeling was carried out, which was carried out with the following system parameters: L = 0.1 H; C = 1 μF; R = 10 ohms; R n = 100 Ohm; α = 60; β = 0.01; U zt = 5 V; U rt = 10 V; a = 0.0001 s; K 1 = -0.9; K 2 = -0.9; β 1 = 0.01; β 2 = 0.1.

Была построена карта динамических режимов (фиг. 2) в пространстве двух параметров: амплитуды задающего воздействия Uзт и входного напряжения. На карте символами Пij отмечены области существования различных динамических режимов (i - кратность цикла, характерная для данной области, j - номер области с кратностью i на карте). Например, область П1,1 - это первая область существования желаемого режима с частотой колебаний выходного напряжения, равной частоте задающего сигнала (1-цикл) при коэффициентах заполнения на всех тактовых интервалах, укладывающихся на периоде задающего воздействия больше нуля и меньше единицы. Области ПXj - соответствуют областям хаотических колебаний физических величин (m→∞).Was built a map of dynamic modes (Fig. 2) in the space of two parameters: the amplitude of the reference action U zt and the input voltage. On the map, the symbols П ij mark the areas of existence of various dynamic modes (i is the multiplicity of the cycle, typical for this area, j is the number of the area with multiplicity i on the map). For example, the area P 1,1 is the first region of existence of the desired mode with the frequency of oscillations of the output voltage equal to the frequency of the driving signal (1-cycle) with duty cycle at all clock intervals that fit the period of the driving action greater than zero and less than one. Areas П Xj - correspond to areas of chaotic fluctuations of physical quantities (m → ∞).

Под желаемым динамическим режимом импульсных преобразователей напряжения с синусоидальной широтно-импульсной модуляцией будем понимать такой режим, при котором частота колебаний выходного напряжения равна частоте управляющего сигнала, при этом на каждом тактовом интервале на периоде выходного напряжения коэффициент заполнения должен быть меньше единицы и больше нуля [4].Under the desired dynamic mode of pulse voltage converters with sinusoidal pulse-width modulation we mean such a mode in which the frequency of oscillations of the output voltage is equal to the frequency of the control signal, while at each clock interval on the period of the output voltage, the duty cycle must be less than one and greater than zero [4 ].

Как видно (фиг. 2), площадь области желаемого 1-цикла П1,1 в преобразователе с двухполярной реверсивной модуляцией с синусоидальной модуляцией без управления нелинейной динамикой составляет 39,26% от площади карты. Также присутствует нежелательный 1-цикл (П1,2), где имеются нулевые или единичные коэффициенты заполнения на периоде низкочастотного задающего воздействия.As can be seen (Fig. 2), the area of the area of the desired 1-cycle P 1.1 in the converter with bipolar reverse modulation with sinusoidal modulation without non-linear dynamics control is 39.26% of the map area. There is also an undesirable 1-cycle (P 1,2 ), where there are zero or unity duty cycle on the period of the low-frequency reference action.

Анализ фиг. 3 показывает, что при использовании управления нелинейными динамическими процессами площадь области желаемого 1-цикла (П1,1) существенно увеличилась (69,14% от площади карты) по сравнению с площадью областью 1-цикла системы без управления нелинейной динамикой (фиг. 2). Как видно из рис. фиг. 3 на карте осталась область нежелательных 1-циклов П1,2, при которых на некоторых тактовых интервалах коэффициент заполнения больше единицы. Данная область является неустранимой. При больших значениях входного напряжения наблюдаются также области нежелательных режимов Пx,1 и П4,1.Analysis of FIG. 3 shows that when using the control of nonlinear dynamic processes, the area of the area of the desired 1-cycle (P 1.1 ) increased significantly (69.14% of the area of the map) compared to the area of the area of the 1-cycle of the system without control of nonlinear dynamics (Fig. 2 ). As can be seen from Fig. fig. 3, the area of unwanted 1-cycles P 1,2 remained on the card, at which the duty cycle is greater than one at some clock intervals. This area is unrecoverable. At large values of the input voltage, areas of undesirable modes P x, 1 and P 4.1 are also observed.

Моделирование наглядно показывает эффективность предлагаемого способа управления нелинейной динамикой однофазного инвертора с синусоидальной двухполярной реверсивной модуляцией. Использование данного способа управления не требует применения высокопроизводительных управляющих микроконтроллеров.Simulation clearly shows the effectiveness of the proposed method for controlling the nonlinear dynamics of a single-phase inverter with sinusoidal bipolar reversible modulation. The use of this control method does not require the use of high-performance control microcontrollers.

Список лтитературыList of literature

1. Andriyanov, A.I. Nonlinear dynamics control in single-phase inverter with sinusoidal pulse-width modulation / A.I. Andriyanov, D. Yu. Mikhal'tsov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, IOP Publishing Ltd. - 2016, - №124, P. 1-7.1. Andriyanov, A.I. Nonlinear dynamics control in single-phase inverter with sinusoidal pulse-width modulation / A.I. Andriyanov, D. Yu. Mikhal'tsov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, IOP Publishing Ltd. - 2016, - No. 124, P. 1-7.

2. Hsieh, F.-H. Fast-scale instability phenomena and chaotic control of voltage control single-phase full-bridge inverter via varying load resistance / F.-H. Hsieh, P.-L. Chang, Y.-S. Chen, H.-K. Wang, J.-C. Hwang // 4th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA). - Xian, China: IEEE, 2009. - P. 3422-3427.2. Hsieh, F.-H. Fast-scale instability phenomena and chaotic control of voltage control single-phase full-bridge inverter via varying load resistance / F.-H. Hsieh, P.-L. Chang, Y.-S. Chen, H.-K. Wang, J.-C. Hwang // 4th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA). - Xian, China: IEEE, 2009. - P. 3422-3427.

3. Кобзев, A.B. Нелинейная динамика полупроводниковых преобразователей / A.B. Кобзев, Г.Я. Михальченко, А.И. Андриянов, С.Г. Михальченко - Томск: Томск. гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2007. - 224 с.3. Kobzev, A.B. Nonlinear dynamics of semiconductor converters / A.B. Kobzev, G. Ya. Mikhalchenko, A.I. Andriyanov, S.G. Mikhalchenko - Tomsk: Tomsk. state un-t control systems and radio electronics, 2007. - 224 p.

4. Андриянов, А.И. Исследование нелинейной динамики импульсных преобразователей напряжения / А.И. Андриянов. - Брянск: БГТУ, 2016. - 187 с.4. Andriyanov, A.I. Research of nonlinear dynamics of impulse voltage converters / A.I. Andriyanov. - Bryansk: BSTU, 2016 .-- 187 p.

Claims (1)

Система управления, реализуемая за счет того, что импульсы управления на ключи силовой части, состоящей из мостового инвертора и Г-образного LC-фильтра, подает система управления, включающая две подсистемы: главную подсистему, представляющую собой стандартную систему автоматического управления по отклонению и состоящую из вычислителя ошибки, вычисляющего разность между сигналом задания и сигналом обратной связи, усилителя обратной связи с заданным коэффициентом, регулятора, усиливающего сигнал ошибки с заданным коэффициентом, сумматора на один из входов которого подается сигнал после регулятора, а на второй - сигнал от вспомогательной системы управления динамическими процессами, устройства выборки-хранения, которое фиксирует сигнал управления в дискретные моменты времени, выходной сигнал которого подается на компаратор, который сравнивает этот сигнал с развертывающим напряжением, поступающим от специализированного генератора, и формирует управляющие импульсы силовыми ключами, что позволяет обеспечить синусоидальное выходное напряжение при дрейфе параметров системы; систему управления нелинейными динамическими процессами, отличающаяся тем, что при расчете корректирующих воздействий в дискретные моменты в системе управления нелинейными динамическими процессами используются значения фазовых переменных в дискретные моменты на предыдущем периоде низкочастотного процесса, вычитание из которых с помощью вычитателей переменных состояния в дискретные моменты времени на текущем периоде низкочастотного процесса, фиксируемых устройствами выборки-хранения и масштабированных с заданными коэффициентами, формирует вектор невязки, компоненты которого умножаются на заданные коэффициенты, и далее компоненты вектора невязки подаются на сумматор главной подсистемы управления, что позволяет влиять на сигнал ошибки и обеспечивать устойчивость требуемого динамического режима.The control system is realized due to the fact that the control pulses to the keys of the power unit, consisting of a bridge inverter and an L-shaped LC filter, are supplied by a control system that includes two subsystems: the main subsystem, which is a standard automatic control system for deviation and consists of an error calculator that calculates the difference between the reference signal and the feedback signal, a feedback amplifier with a given coefficient, a regulator that amplifies the error signal with a given coefficient, an adder to one of the inputs of which a signal after the regulator is fed, and to the second, a signal from an auxiliary dynamic control system processes, a sample-and-hold device that captures the control signal at discrete moments in time, the output signal of which is fed to a comparator, which compares this signal with a scanning voltage supplied from a specialized generator, and generates control pulses with power switches, which allows provides a sinusoidal output voltage when the system parameters drift; control system for nonlinear dynamic processes, characterized in that when calculating corrective actions at discrete moments in the control system for nonlinear dynamic processes, the values of phase variables are used at discrete moments in the previous period of the low-frequency process, subtraction from which using subtractors of state variables at discrete moments in time at the current the period of the low-frequency process, fixed by the sampling-storage devices and scaled with the specified coefficients, forms a residual vector, the components of which are multiplied by the specified coefficients, and then the components of the residual vector are fed to the adder of the main control subsystem, which makes it possible to influence the error signal and ensure the stability of the required dynamic mode ...
RU2020124525A 2020-07-14 2020-07-14 Method for controlling nonlinear dynamic processes in single-phase voltage inverters with sinusoidal bipolar reverse modulation RU2746798C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124525A RU2746798C1 (en) 2020-07-14 2020-07-14 Method for controlling nonlinear dynamic processes in single-phase voltage inverters with sinusoidal bipolar reverse modulation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124525A RU2746798C1 (en) 2020-07-14 2020-07-14 Method for controlling nonlinear dynamic processes in single-phase voltage inverters with sinusoidal bipolar reverse modulation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2746798C1 true RU2746798C1 (en) 2021-04-21

Family

ID=75584786

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020124525A RU2746798C1 (en) 2020-07-14 2020-07-14 Method for controlling nonlinear dynamic processes in single-phase voltage inverters with sinusoidal bipolar reverse modulation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2746798C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1229931A1 (en) * 1984-07-26 1986-05-07 Отдел Энергетической Кибернетики Ан Мсср Device for controlling self-excited inverter with tracking
SU1557653A2 (en) * 1986-11-18 1990-04-15 Краснодарское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск Digital device for controlling voltage inverter with intermediate high-frequency conversion
US5506765A (en) * 1992-04-23 1996-04-09 Hitachi, Ltd. Control apparatus of power converter and control apparatus of electric motor vehicle
RU87053U1 (en) * 2008-04-22 2009-09-20 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" DEVICE FOR CONVERSION OF DC VOLTAGE TO QUASI-SINUSOIDAL WITH TWO-LEVEL WIDTH-PULSE MODULATION

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1229931A1 (en) * 1984-07-26 1986-05-07 Отдел Энергетической Кибернетики Ан Мсср Device for controlling self-excited inverter with tracking
SU1557653A2 (en) * 1986-11-18 1990-04-15 Краснодарское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск Digital device for controlling voltage inverter with intermediate high-frequency conversion
US5506765A (en) * 1992-04-23 1996-04-09 Hitachi, Ltd. Control apparatus of power converter and control apparatus of electric motor vehicle
RU87053U1 (en) * 2008-04-22 2009-09-20 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством" DEVICE FOR CONVERSION OF DC VOLTAGE TO QUASI-SINUSOIDAL WITH TWO-LEVEL WIDTH-PULSE MODULATION

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108899907A (en) Based on the LCLCL type Control Method of Active Power Filter for repeating sliding formwork control
CN111371322B (en) Boost type converter control method and system based on finite time convergence observer
JP2016185018A (en) System voltage suppression controller and system voltage suppression control method
Sharma et al. Design of digital PID controller for voltage mode control of DC-DC converters
CN113346785B (en) Adaptive error compensation control system and method for inverter
US8099199B2 (en) Digital controller
Yang et al. Fractional-order terminal sliding-mode control for buck DC/DC converter
CN109638887B (en) Dead-beat fuzzy control system and control method of photovoltaic grid-connected inverter
Demirbaş et al. Exploration of the chaotic behaviour in a buck–boost converter depending on the converter and load elements
CN108667288B (en) Robust switching control method for power electronic converter
RU2746798C1 (en) Method for controlling nonlinear dynamic processes in single-phase voltage inverters with sinusoidal bipolar reverse modulation
CN108880315B (en) Novel dead zone compensation method for voltage source converter
JPH09171414A (en) Controller for active filter
RU2239225C2 (en) Method for control of impulse voltage regulator
CN116470755A (en) Continuous nonsingular terminal sliding mode control method of Buck converter
Zhou et al. Hybrid prediction-based deadbeat control for a high-performance shunt active power filter
CN115987086A (en) Single-switch DC-DC converter on-line control method based on neural network
Chan Development of non-linear controllers for a tri-state boost converter
CN113410987B (en) Extreme learning machine-based sliding mode variable structure Buck circuit control method
Iskhakov et al. Direct deadbeat control of a buck converter
CN113258615B (en) Grid-connected inverter frequency self-adaptive control method, device, equipment and storage medium
JP2018137840A (en) Power factor improvement circuit
Mysak et al. A simple control strategy for a three-phase shunt active power filter based on second-order sliding mode
CN109981056B (en) Output control method of digital power amplifier based on NPC inverter
Lee et al. Input-output linearizing control with load estimator for three-phase AC/DC voltage-source converters