一种选取逆变器滑模控制器系数的方法技术

本发明专利技术公开了一种选取逆变器滑模控制器系数的方法，首先建立全桥逆变器的相变量模型；再结合滑模控制原理和逆变器工作原理，构造切换函数s，选取滑模控制律uc，并结合滑动模态的存在条件和能达条件，推导滑动模态的存在条件以及滑动模态的边界值计算公式；最后确定滞环宽度。本发明专利技术根据期望设计指标和主电路已知参数可以直接使用公式计算出需要的滑模系数；滑模控制器系数公式设计方法简单易操作；因最大超调量确定为滑模域正边界，当空载跃变至满载时，所设计滑模系数能保证逆变系统响应的快速性和鲁棒性。本发明专利技术解决了滑模系数无法准确选取的问题，并直接与逆变器期望性能指标建立联系。

【技术实现步骤摘要】
一种选取逆变器滑模控制器系数的方法
本专利技术属于工频逆变器
，尤其涉及一种选取逆变器滑模控制器系数的方法。
技术介绍
工频逆变器是分布式发电与现代电网的重要并网接口，传统PI控制逆变器的动态特性差，输出电压THD较差，难以满足实时并网要求。滑模控制技术能够克服传统PI控制技术的缺点，提高以变结构为主要特征的逆变器的暂态性能和鲁棒性，因此研究逆变器的滑模控制技术特别是滑模控制器设计方法具有现实意义。滑模控制应用于逆变器系统可追溯到1990年，迄今，全世界研究滑模控制逆变器系统的文章有两百多篇，仅2015年就有五十多篇，但研究逆变器系统的滑模系数选取方法、选取公式以及选取步骤的文献却很少，多以方案和策略为主。现有逆变器中滑模控制器系数设计方案无法给出较准确的滑模系数，只是给出一个选取原则。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种选取逆变器滑模控制器系数的方法，旨在解决现有逆变器中滑模控制器系数设计方法只给出一个选取原则，无法给出较准确滑模系数的问题。本专利技术是这样实现的，一种选取逆变器滑模控制器系数的方法，所述选取逆变器滑模控制器系数的方法包括：首先建立全桥逆变器的相变量模型；再结合滑模控制原理和逆变器工作原理，构造切换函数s，选取滑模控制律uc，并结合滑动模态的存在条件和能达条件，推导滑动模态的存在条件以及滑动模态的边界值计算公式；最后确定滞环宽度。进一步，所述对于工频逆变器，当阻性负载阶跃变化于峰值或谷值时刻，输出电压波动最大，据此构造的滑模控制器及滑模系数，据此确定m值；结合逆变器在阻性负载阶跃增加时的系统运动轨线，建立系统滑模域右(正)边界与期望输出电压跌落量相等的关系，进而求得滑模系数，从而得到切换系数。进一步，所述选取逆变器滑模控制器系数的方法具体包括以下步骤：步骤一，建立相变量方程，结合滑模存在条件，得到滑模域在横坐标的投影区域为x1A＜0＜x1B，逆变器滑模存在条件是：滑模域左边界：滑模域右边界：说明：m取峰值，即mmax；逆变器直流电源电压E，滤波器参数L和C，负载电阻RL；期望输出工频电压ud及其幅值Ud；步骤二，取右边界等于输出电压允许跌落量，即x1B＝δ；最大允许电压跌落量δ；步骤三，求解方程，得到滑模系数：输出电压最大允许跌落量δ，全桥逆变器的L和C滤波参数值，逆变器直流输入电压E，期望输出电压ud＝UdSin2πft，额定阻性负载RL；滑模控制器系数包括滑模系数α，切换系数k1和k2。进一步，所述滑模控制器的设计步骤如下：第一步，将已知条件参数带入滑模系数计算公式(1)；第二步，求解第一步中的等式，得到滑模系数；第三步，选取k2为小数(如0.001，0.0001)；第四步，计算k1，k1＝αk2；第五步，根据开关频率与滞环宽度的反比关系试凑滞环宽度(如2Δ＝10，5)，满足开关频率要求；第六步，滑模控制器设计完毕。本专利技术提供的选取逆变器滑模控制器系数的方法，根据期望设计指标和主电路已知参数可以直接使用公式计算出需要的滑模系数；滑模控制器系数公式设计方法简单易操作，无需具备专业理论知识；因最大超调量确定为滑模域正边界，当空载跃变至满载时，所设计滑模系数能保证逆变系统响应的快速性和鲁棒性(即滑模系数不大不小)。本专利技术提出一种选取逆变器滑模控制器系数的公式化设计法，以解决滑模系数无法准确选取的问题，并直接与逆变器期望性能指标建立联系；根据逆变器设计指标和本专利技术给出的公式直接计算滑模系数；给出切换系数选取公式，可直接计算切换系数。本专利技术的滑模控制器直接实现期望设计指标，滑模系数使用公式直接计算得到；滑模系数计算公式与滑模域边界和输出电压跌落量有直接关联，既能实现输出电压跌落符合要求，又有较好的滑模性能；本专利技术提出的方法由若干公式分步构成，适合普通人员学习和掌握。附图说明图1是本专利技术实施例提供的选取逆变器滑模控制器系数的方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的滑模控制单相全桥工频逆变器结构示意图。图3是本专利技术实施例提供的取右(正)边界等于输出电压允许跌落量的示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。如图1所示，本专利技术实施例的选取逆变器滑模控制器系数的方法包括以下步骤：S101：首先建立全桥逆变器的相变量模型；S102：再结合滑模控制原理和逆变器工作原理，构造切换函数s，选取滑模控制律uc，并结合滑动模态的存在条件和能达条件，推导滑动模态的存在条件以及滑动模态的边界值计算公式，结合逆变器在阻性负载阶跃增加时的系统运动轨线，建立系统滑模域右(正)边界与期望输出电压跌落量相等的关系，进而求得滑模系数，从而得到切换系数；S103：最后确定滞环宽度。下面结合附图对本专利技术的应用原理作进一步的描述。如图2和图3所示；1)设计的已知条件：主电路滤波参数L和C，逆变器期望性能指标特别是输出电压允许跌落量δ，直流输入电压E，期望输出电压ud＝UdSin2πft，额定负载电阻RL。2)本专利技术首先建立全桥逆变器的相变量模型，再结合滑模控制原理和逆变器工作原理，构造切换函数s，选取滑模控制律uc，并结合滑动模态的存在条件和能达条件，推导滑动模态的存在条件以及滑动模态的边界值计算公式。对于工频逆变器，当阻性负载阶跃变化于峰(谷)值时刻，输出电压波动最大，据此构造的滑模控制器及滑模系数最具代表性，据此还可以确定m值。为了确保输出电压跌落量不超过期望跌落量，同时确保逆变系统能够第一时间做滑模运动并保持良好的鲁棒性，结合逆变器在阻性负载阶跃增加时的系统运动轨线，建立系统滑模域右(正)边界与期望输出电压跌落量相等的关系，进而求得滑模系数，从而得到切换系数，最后确定滞环宽度。3)主要过程(1)建立相变量方程，结合滑模存在条件，得到滑模域在横坐标的投影区域为x1A＜0＜x1B，逆变器滑模存在条件是：a)滑模域左边界(横坐标负半轴，又称作负边界)b)滑模域右边界(横坐标正半轴，又称作正边界)说明：m取峰值，即mmax。选取负载跃变于峰值时刻为典型代表。逆变器直流电源电压E，滤波器参数L和C，负载电阻RL；期望输出工频电压ud及其幅值Ud；(2)取右(正)边界等于输出电压允许跌落量，即x1B＝δ。示意图如图3。(3)求解(2)中的方程，得到滑模系数：已知逆变器期望设计指标------输出电压最大允许跌落量δ，全桥逆变器的L和C滤波参数值，逆变器直流输入电压E，期望输出电压ud＝UdSin2πft，额定阻性负载RL。滑模控制器系数包括滑模系数α，切换系数k1和k2。4)滑模控制器设计步骤如下：第一步，将已知条件参数带入本专利技术提出的滑模系数计算公式(1)；第二步，求解第一步中的等式，得到滑模系数；第三步，选取k2为小数(如0.001，0.0001)；第四步，计算k1，k1＝αk2；第五步，根据开关频率与滞环宽度的反比关系试凑滞环宽度(如2Δ＝10，5)，满足开关频率要求；第六步，滑模控制器设计完毕。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种选取逆变器滑模控制器系数的方法，其特征在于，所述选取逆变器滑模控制器系数的方法包括：首先建立全桥逆变器的相变量模型；再结合滑模控制原理和逆变器工作原理，构造切换函数s，选取滑模控制律uc，并结合滑动模态的存在条件和能达条件，推导滑动模态的存在条件以及滑动模态的边界值计算公式；最后确定滞环宽度。

【技术特征摘要】
1.一种选取逆变器滑模控制器系数的方法，其特征在于，所述选取逆变器滑模控制器系数的方法包括：首先建立全桥逆变器的相变量模型；再结合滑模控制原理和逆变器工作原理，构造切换函数s，选取滑模控制律uc，并结合滑动模态的存在条件和能达条件，推导滑动模态的存在条件以及滑动模态的边界值计算公式；最后确定滞环宽度；对于工频逆变器，当阻性负载阶跃变化于峰值或谷值时刻，输出电压波动最大，据此构造的滑模控制器及滑模系数，据此确定m值；结合逆变器在阻性负载阶跃增加时的系统运动轨线，建立系统右边界与期望输出电压跌落量相等的关系，进而求得滑模系数，得到切换系数；所述选取逆变器滑模控制器系数的方法具体包括以下步骤：步骤一，建立相变量方程，结合滑模存在条件，得到滑模域在横坐标的投影区域为x1A＜0＜x1B，逆变器滑模存在条件是：滑模域...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪雨，李成松，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：四川;51