基于线性化反馈的模糊高阶滑模有源电力滤波器控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于线性化反馈的模糊高阶滑模有源电力滤波器控制方法，首先，建立三相并联型有源电力滤波器的数学模型，在设计控制器时，首先设计动态滑模面，再利用线性化反馈控制设计滑模控制器，并在此控制器的基础上利用模糊控制逼近不确定项，设计自适应律使系统保持稳定状态。通过仿真结果验证了此方法的有效性。该方法大大增强了系统的补偿性能和鲁棒性能，达到快速有效消除谐波的目的。

Fuzzy high order sliding mode active power filter control method based on linearized feedback

The invention discloses a fuzzy high order sliding mode active power filter control method based on linear feedback. First, the mathematical model of the three-phase shunt active power filter is established. In the design of the controller, the dynamic sliding surface is designed first, and the sliding mode controller is designed by the linearized feedback control, and the controller is designed in this controller. Based on the fuzzy control approach, the adaptive law is designed to keep the system stable. The effectiveness of the method is verified by simulation results. This method greatly enhances the compensation performance and robust performance of the system, and achieves the goal of eliminating harmonics quickly and effectively.

【技术实现步骤摘要】
基于线性化反馈的模糊高阶滑模有源电力滤波器控制方法
本专利技术涉及属于有源电力滤波技术，特别涉及一种基于线性化反馈自适应模糊高阶滑模的有源电力滤波器控制方法。
技术介绍
采用电力滤波器装置吸收谐波源所产生的谐波电流，是一种抑制谐波污染的有效措施。有源电力滤波器具有快速响应性及高度可控性，不仅可以补偿各次谐波，还可以补偿无功功率、抑制闪变等。由于电力系统的非线性和不确定性，自适应和智能控制具有建模简单、控制精度高、非线性适应性强等优点,可以应用在有源滤波器中用于电能质量控制和谐波治理，具有重要的研究意义和市场价值。本文深入研究了三相并联有源电力滤波器的原理，在此基础上建立数学模型，利用三相并联型有源电力滤波器线性状态方程，加入了线性化反馈高阶滑模控制方法。研究有源电力滤波器模型参考自适应控制，提出了线性化反馈高阶滑模模糊自适应控制算法，应用于三相并联型有源电力滤波器的谐波补偿控制。通过MATLAB仿真，验证了增加线性化反馈高阶滑模模糊控制的自适应控制方法适合补偿电路谐波，提高电源质量。
技术实现思路
本专利技术为了抑制外界未知扰动和建模误差对有源电力滤波器系统性能的影响，提出了一种基于线性化反馈模糊高阶滑模的有源电力滤波器控制方法，进一步提高了系统鲁棒性。本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：基于线性化反馈的模糊高阶滑模有源电力滤波器控制方法，包括如下步骤：(1)建立有源电力滤波器数学模型；(2)设计控制器：首先设计动态滑模面，再利用线性化反馈控制设计滑模控制器，并在滑模控制器的基础上利用模糊控制逼近不确定项，设计自适应律使系统保持稳定状态。进一步的，所述步骤(1)中建立的有源电力滤波器数学模型为：其中，x为指令电流，为x的导数，u为控制器输入，b为常数，Lc为电感，Rc为电阻，vdc为直流侧电容电压，vk为三相有源电力滤波器端电压，ik为三相补偿电流，dk为开关状态函数，dk定义如下：则dk依赖于第k相IGBT的通断状态，是系统的非线性项；ck、cm为开关函数，m，k为大于0的常数。进一步的，对步骤(1)得到的有源电力滤波器数学模型进行二次求导，有源电力滤波器数学模型可以定义为：为f(x)的导数，为u的导数，为的导数；设其中f1(x)为未知的非线性函数，则所述有源电力滤波器数学模型可以定义为：进一步的，所述步骤(2)中设计高阶滑模控制律的具体步骤为：定义用于输入的跟踪误差e：e＝x-xd其中，x为指令电流，xd为参考电流，对跟踪误差进行二次求导：其中，为的导数，为xd的导数；定义滑模面：l＝e+k2∫e其中k2为常数，∫e为对跟踪误差的积分；对滑模面求导：其中为e的导数；定义高阶滑模面s：其中，为大于0的常数，对高阶滑模面求导：其中为的导数，为s的导数；根据线性化反馈技术，因为所以令g1(x)＝b，RX＝ξ-ρsgn(s)其中ρ为大于0的常数，且ρ≥|D|，D为ρ的上界常数，sgn为符号函数，ξ和RX是为了简化过程设计的中间变量，因为：所以：因此，系统控制律设计为：进一步的，根据设计的高阶滑模控制律设计加入模糊的控制律为：其中，为的模糊逼近函数，为f(xk)的模糊逼近函数，为ρsgn(s)的模糊逼近函数，xk为x的标量形式，sk为高阶滑模面s的标量形式。进一步的，所述步骤(2)中利用李雅谱诺夫函数进行自适应律设计的具体步骤为：设李亚普诺夫函数：因为其中，和分别为V1和V2的导数，sT为s的转置，γ1和γ2为大于0的常数，为函数的模糊参数，为函数的模糊参数，为的转置，为的转置，为的导数，为的导数，δT(xk)和φT(hk)分别为和的隶属度函数，为的估计值、为函数的理想值，为函数h(sk)的理想值，ω是模糊系统的逼近误差，f(xk)为实际值；因为：所以其中，ωk为ω的标量形式，为ωk的导数，γ1，γ2为常数，为dk的导数，进而设计系统的自适应律为：其中，η为大于0的常数；将(2)，(3)，(4)带入(1)得到：当时，成立，其中，||sk||为sk的范数，其中，|ωmax|为ω的最大值的绝对值。本专利技术的有益效果为：与现有技术相比，本专利技术深入研究了三相并联有源电力滤波器的原理，在此基础上建立数学模型，利用三相并联型有源电力滤波器线性状态方程，加入了线性化反馈高阶滑模控制方法。研究有源电力滤波器模型参考自适应控制，提出了线性化反馈高阶滑模模糊自适应控制算法，应用于三相并联型有源电力滤波器的谐波补偿控制。通过MATLAB仿真，验证了增加线性化反馈高阶滑模模糊滑模控制的自适应控制方法适合补偿电路谐波，提高电源质量。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术线性化反馈高阶滑模模糊自适应控制器框图；图3是电源电流的波形图；图4是系统误差的数据图；图5是直流侧电压的波形图。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。如图1所示，基于线性化反馈的模糊高阶滑模有源电力滤波器控制方法，包括以下步骤：(一)建立有源电力滤波器模型有源电力滤波器的基本工作原理是：检测补偿对象的电压和电流，经指令电流运算电路计算得出补偿电流的指令信号，该信号经补偿电流发生电路放大，得出补偿电流，补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功等电流抵消，最终得到期望的电源电流。根据电路理论和基尔霍夫定理可得到如下公式：v1，v2，v3分别为三相有源电力滤波器端电压，i1，i2，i3分别为三相补偿电流，表示电流i1对时间的导数，表示电流i2对时间的导数，表示电流i3对时间的导数，v1M,v2M,v3M,vMN分别表示图一中M点到a，b，c，N点电压。M点是电源的负极点，a,b,c,N只是电路中的各个节点。Lc为电感，Rc为电阻，ik为三相补偿电流。假设交流侧电源电压稳定，可以得到其中，m为大于0的常数，vmM为上面提到的v1M，v2M，v3M，vMN。并定义ck为开关函数，指示IGBT的工作状态，定义如下：其中，k＝1,2,3。同时，vkM＝ckvdc，其中，vkM为上面提到的v1M，v2M，v3M，vMN。所以(1)可改写为vdc为直流侧电容电压。我们定义dk为开关状态函数，定义如下：则dk依赖于第k相IGBT的通断状态，是系统的非线性项；cm为开关函数。并有那么(4)可改写为那么可以将(7)改写成如下形式其中x为指令电流，为x的导数，b为常数，u为控制器输入。(二)线性化反馈高阶滑模控制定义跟踪误差e：e＝x-xd其中，xd为参考电流。对跟踪误差e求一阶导数：其中为xd的导数对跟踪误差e求二阶导数：其中为的导数，为的导数对系统模型进行二次求导：为f(x)的导数，为u的导数，设其中f1(x)为未知的非线性函数。所以原模型可以定义为：定义滑模面：l＝e+k2∫e其中k2为常数，∫e为对误差的积分。对滑模面求导：其中为e的导数，定义高阶滑模面s：其中，为大于0的常数。对高阶滑模面s求导：其中为的导数，为s的导数。根据线性化反馈技术：RX＝ξ-ρsgn(s)其中ρ为大于0的常数，且ρ≥|D|，D为ρ的上界常数，sgn为符号函数，为x的二阶导数，ξ和RX是为了简化过程设计的中间变量。因为：所以：因此，系统控制律设计为：(三)线性化反馈高阶滑模模糊控制Ri:Ifx1isand...本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于线性化反馈的模糊高阶滑模有源电力滤波器控制方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)建立有源电力滤波器数学模型；(2)设计控制器：首先设计动态滑模面，再利用线性化反馈控制设计滑模控制器，并在滑模控制器的基础上利用模糊控制逼近不确定项，设计自适应律使系统保持稳定状态。

【技术特征摘要】
1.基于线性化反馈的模糊高阶滑模有源电力滤波器控制方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)建立有源电力滤波器数学模型；(2)设计控制器：首先设计动态滑模面，再利用线性化反馈控制设计滑模控制器，并在滑模控制器的基础上利用模糊控制逼近不确定项，设计自适应律使系统保持稳定状态。2.如权利要求1所述的基于线性化反馈的模糊高阶滑模有源电力滤波器控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中建立的有源电力滤波器数学模型为：其中，x为指令电流，为x的导数，u为控制器输入，b为常数，Lc为电感，Rc为电阻，vdc为直流侧电容电压，vk为三相有源电力滤波器端电压，ik为三相补偿电流，dk为开关状态函数，dk定义如下：则dk依赖于第k相IGBT的通断状态，是系统的非线性项；ck、cm为开关函数，m，k为大于0的常数。3.如权利要求2所述的基于线性化反馈的模糊高阶滑模有源电力滤波器控制方法，其特征在于：对步骤(1)得到的有源电力滤波器数学模型进行二次求导，有源电力滤波器数学模型可以定义为：为f(x)的导数，为u的导数，为的导数；设其中f1(x)为未知的非线性函数，则所述有源电力滤波器数学模型可以定义为：4.如权利要求3所述的基于线性化反馈的模糊高阶滑模有源电力滤波器控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中设计高阶滑模控制律的具体步骤为：定义用于输入的跟踪误差e：e＝x-xd其中，x为指令电流，xd为参考电流，对跟踪误差进行二次求导：其中，为的导数，为xd的导数；定义滑模面：l＝e+k2∫e其中k2为常数，∫e为对跟踪误差的积分；对滑模面求导：其中为e的导数；定义高阶滑模面s：其中，为大于0的常数，对高阶滑模面求导：其中为的导数，为s的导数；根据线性化反馈技术，因为所以令g1(x)＝b，RX＝ξ-ρsgn(s)其中ρ为大于0的常数，且ρ≥|D|，D为ρ的上界常数，sgn为符号函数，ξ和RX是为了简化过程设计的中间变量，因为：所以：

【专利技术属性】
技术研发人员：李思扬，费峻涛，梁霄，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏,32