基于状态观测器模型预测控制的高铁低频振荡抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于状态观测器模型预测控制的高铁低频振荡抑制方法，考虑到预测模型中电路实际参数与额定参数的误差，在构建动车组网侧牵引整流器预测模型时计及整流器交流侧电路参数不确定因数的影响，在此基础上构建了一阶状态观测器；通过传递函数的推导和闭环极点分布图的稳定性分析，完成了状态观测器的设计和关键增益系数的选取；通过状态观测器可实时估算电路参数误差量，并通过反馈环节将估算的参数误差量补偿到控制电压方程中，得到下一时刻的控制电压并输出，最后通过正弦脉宽调制得到整流器开关信号。本发明专利技术能有效地提高动车组网侧牵引整流器的动态性能，改善电流谐波畸变，并能有效抑制牵引网‑动车组电气量低频振荡的发生。

Low Frequency Oscillation Suppression Method for High Speed Railway Based on State Observer Model Predictive Control

The invention discloses a high-speed rail low-frequency oscillation suppression method based on state observer model predictive control. Considering the errors of actual circuit parameters and rated parameters in the predictive model, the first-order state observer is constructed by taking into account the influence of uncertain factors of circuit parameters on the AC side of the rectifier when constructing the predictive model of traction rectifier on the EMU network side. The design of the state observer and the selection of the key gain coefficients are completed by deducing the number and analyzing the stability of the closed-loop pole distribution. The circuit parameter error can be estimated in real time by the state observer, and the estimated parameter error can be compensated to the control voltage equation by the feedback link. The control voltage at the next moment can be obtained and output. Finally, the control voltage can be adjusted by sinusoidal pulse width modulation. Current switching signal. The invention can effectively improve the dynamic performance of the traction rectifier on the network side of the EMU, improve the harmonic distortion of the current, and effectively suppress the occurrence of low frequency oscillation of the electrical quantity of the traction network and the EMU.

【技术实现步骤摘要】
基于状态观测器模型预测控制的高铁低频振荡抑制方法
本专利技术涉及动车组网侧牵引整流器控制策略
，具体为一种基于状态观测器模型预测控制的高铁低频振荡抑制方法。
技术介绍
单相两电平整流器广泛应用于动车组的牵引驱动单元中。当同区段多辆机车同时升弓整备时，牵引网可能会出现网侧电压电流低频振荡的现象。当牵引网的电压振荡峰值较大时，系统的保护逻辑元件将被触发，引发牵引封锁。该现象与动车组牵引整流器的控制策略及控制参数有很大关系。当牵引驱动单元中某些参数发生变化时，传统PI控制器的参数无法通过自动调整适应这种变化，因而闭环系统反应较为迟钝、容易产生振荡和控制量饱和等问题。考虑机车牵引变流器强耦合性及非线性，显然PI控制器存在固有的缺陷，因此，需要开展机车牵引变流器的非线性控制方法的研究。而且现有的研究表明，改进动车组牵引变流器的控制策略可以避免低频振荡的出现。预测控制、自抗扰控制、无源控制、多变量控制非线性控制方法相对于传统控制表现出较好的控制性能和抗干扰能力。其中预测控制是在复杂的生产实际过程伴随提出的控制算法，能够很好的处理系统多变量，系统约束和系统非线性等复杂情况。但是，在参数不匹配本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于状态观测器模型预测控制的高铁低频振荡抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A：构建d‑q旋转坐标系下计及参数误差量的动车组网侧牵引整流器预测控制方程；步骤B：定义参数误差量为新扩展状态变量，并选取电流；将参数误差量作为系统状态变量，构建d‑q旋转坐标系的状态观测器模型，得到参数误差量估计值；步骤C：将参数误差量估计值值代入动车组网侧牵引整流器预测控制方程中，获得下一采样周期整流器输入控制电压；步骤D：将整流器控制电压经过坐标变换得到αβ坐标系分量，再通过正弦脉宽调制输出控制脉冲。

【技术特征摘要】
1.一种基于状态观测器模型预测控制的高铁低频振荡抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A：构建d-q旋转坐标系下计及参数误差量的动车组网侧牵引整流器预测控制方程；步骤B：定义参数误差量为新扩展状态变量，并选取电流；将参数误差量作为系统状态变量，构建d-q旋转坐标系的状态观测器模型，得到参数误差量估计值；步骤C：将参数误差量估计值值代入动车组网侧牵引整流器预测控制方程中，获得下一采样周期整流器输入控制电压；步骤D：将整流器控制电压经过坐标变换得到αβ坐标系分量，再通过正弦脉宽调制输出控制脉冲。2.根据权利要求1所述的基于状态观测器模型预测控制的高铁低频振荡抑制方法，其特征在于，所述步骤A中动车组网侧牵引整流器预测控制方程的构建方法包括：根据基尔霍夫电压定律，对整流器交流侧电气量列写方程，获得d-q旋转坐标系下动车组网侧牵引整流器动态特性方程：其中，uNd、uNq分别为整流器交流侧输入电压uN在两相旋转坐标系上的d-q直流分量；iNd、iNq分别为整流器交流侧输入电流iN在两相旋转坐标系上的d-q直流分量；uabd、uabq分别为整流器输入电压uab在两相旋转坐标系上的d-q直流分量；ω为旋转角速度，t为时间变量；R、L分别为车载变压器副边等效的漏电阻、漏电感实际参数；考虑实际电路中交流侧电路参数会存在误差，定义R0和L0分别为电阻和电感额定参数，△R和△L分别为实际参数与额定参数误差量，得到：得倒d-q旋转坐标系下计及参数误差量的动车组网侧牵引整流器动态特性方程：在计及参数误差量的动车组网侧牵引整流器动态特性方程中，除了整流器输入电压uab的d-q直流分量项外，其他分量项定义为参数误差量，得到其中，fd和fq分别为参数误差量在两相旋转坐标系上的d-q直流分量；则计及参数误差量的动车组网侧牵引整流器动态特性方程变化为：对上式进行离散化，则得到d-q旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志刚，王亚绮，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51