一种单相制造技术

本发明专利技术公开了一种单相

【技术实现步骤摘要】
一种单相UPS系统的事件触发输出反馈控制方法


[0001]本专利技术属于电力电子
中的控制领域，具体涉及一种单相
UPS
系统的事件触发输出反馈控制方法
。

技术介绍

[0002]随着信息化技术和工业自动化的快速发展，
UPS
系统作为一种电源保护设备的重要性也日益提升，对
UPS
系统性能的要求也越来越高
。
在针对单相
UPS
系统的研究中，利用滑模控制
、
重复控制和边界控制等技术所设计的控制策略都依赖于系统的连续状态或输出信息
。UPS
系统即不间断电源系统
(Uninterruptible power supply systems)
，是一种集静态开关
、
整流器
、
储能装置
(
多为蓄电池组
)
和逆变器于一体的电力电子设备，具有稳压
、
滤波和不间断等三大基本功能
。
当市电输入正常时，
UPS
系统对蓄电池进行充电，并将市电稳压后供给负载；当市电输入异常或中断时，
UPS
系统将蓄电池中的直流电能通过逆变器转换成交流电输出，保证负载正常工作；当
UPS
系统故障或过载时，市电将通过旁路开关直接输出到负载，保证供电的不间断
。
近年来，
UPS
系统的重要性随着信息和工业技术的发展而日益提升，已经在信息安全
、
交通
、
航空航天
、
医疗
、
工业控制
、
军事等领域中被广泛应用
。
用于信息设备的
UPS
系统作为计算机信息系统
、
通讯系统
、
数据网络中心等的重要外设，能够为计算机等设备提供高质量的电源，并且在市电发生电涌或突然断电时继续为关键负载提供电力；用于工业动力供给的
UPS
系统属于高端的不间断电源系统，涉及大功率
(
可达到兆瓦级
)
的能量变换，能够保证工业自动化动力供给的可靠性
。
[0003]随着
UPS
系统被广泛应用，如何设计一种有效的控制策略以保证
UPS
系统能够输出稳定且持续的电能，是一个重要且具有挑战性的研究课题
。
近年来，基于脉宽调制
、
重复控制
、
滑模控制
、
边界控制和
H_∞
控制等多种控制技术，针对单相
UPS
系统的总谐波失真
、
输出电压响应和稳定性等问题的研究已经取得很大进展
。
此外，由于计算机控制技术的发展，基于离散信号的控制策略受到了广泛关注
。
这种控制策略既能够直接应用到数字平台中，又能够在很大程度上减少通讯资源
。
本专利技术主要基于输出调节理论和事件触发控制技术解决了单相
UPS
系统的输出电压实用跟踪问题，并对相应的控制算法进行了验证
。
[0004]基于谐波下垂控制和功率下垂控制方法降低了输出电压畸变和抑制了逆变器间谐波环流
(CN201310172040)。
基于移相技术合成三相虚拟电压和虚拟电流，并利用
PI
控制和
PWM
控制方法使得单相逆变器具备同步发电机特性
(CN201310730811)。
它们的控制方法都是基于连续时间信号的，无法直接在数字平台上应用，难以满足数字控制技术的发展需求
。

技术实现思路

[0005]本专利技术基于事件触发控制技术对单相
UPS
系统的输出电压实用跟踪问题进行研究
。
基于输出调节理论和事件触发机制，设计能够直接在数字平台上执行的事件触发输出反馈控制律，从而实现对单相
UPS
系统的输出电压的实用跟踪控制，同时该控制律保证输出
电压的跟踪误差能够收敛到原点的任意小的指定邻域
。
[0006]本专利技术至少通过如下技术方案之一实现
。
[0007]一种单相
UPS
系统的事件触发输出反馈控制方法，包括以下步骤：
[0008]步骤
1、
基于单相
UPS
逆变器的基本电路，构建单相
UPS
系统的动力学模型；
[0009]步骤
2、
基于输出调节理论和事件触发机制，构建能够直接在数字平台上执行的事件触发输出反馈控制器；
[0010]步骤
3、
运用李雅普诺夫方法证明闭环系统的稳定性，并确保输出电压的跟踪误差能够收敛到原点的任意小的指定邻域；
[0011]步骤
4、
通过
MATLAB
仿真证明相应事件触发输出反馈控制器的有效性
。
[0012]进一步地，单相
UPS
逆变器的数学描述如下：
[0013][0014][0015]其中
r、L、C、u、v
o
分别表示滤波电阻
、
滤波电感
、
滤波电容
、
输入电压
、
负载电压；
i
L
(t)、i
o
(t)
分别表示
t
时刻的电感电流和干扰电流；
[0016]假设参考输出电压
v
or
和干扰电流
i
o
由如下系统表示：
[0017]v
or
＝
S1v,i
o
＝
S2v
[0018]S1＝
V
o
[cos(
φ
v
)sin(
φ
v
)],
其中
V
o
、R
o
、
ω
、
φ
v
、
φ
i
分别表示幅值
、
等效电阻
、
角频率
、
初始电压相位和初始电流相位，
v
和分别表示外部系统的状态及其变化率，
S、S1、S2分别表示相应的系统矩阵；当选取初始值
v(0)
＝
[01]T
时：
[0019]v
or
＝
V
o
sin(
ω
t+
φ
v
),
其中
v
or
表示参考输出电压，<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种单相
UPS
系统的事件触发输出反馈控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
1、
基于单相
UPS
逆变器的基本电路，构建单相
UPS
系统的动力学模型；步骤
2、
基于输出调节理论和事件触发机制，构建能够直接在数字平台上执行的事件触发输出反馈控制器；步骤
3、
运用李雅普诺夫方法证明闭环系统的稳定性，并确保输出电压的跟踪误差能够收敛到原点的任意小的指定邻域；步骤
4、
通过
MATLAB
仿真证明相应事件触发输出反馈控制器的有效性
。2.
根据权利要求1所述的一种单相
UPS
系统的事件触发输出反馈控制方法，其特征在于，单相
UPS
逆变器的数学描述如下：逆变器的数学描述如下：其中
r、L、C、u、v
o
分别表示滤波电阻
、
滤波电感
、
滤波电容
、
输入电压
、
负载电压；
i
L
(t)、i
o
(t)
分别表示
t
时刻的电感电流和干扰电流；假设参考输出电压
v
or
和干扰电流
i
o
由如下系统表示：
v
or
＝
S1v,i
o
＝
S2v
其中
V
o
、R
o
、
ω
、
φ
v
、
φ
i
分别表示幅值
、
等效电阻
、
角频率
、
初始电压相位和初始电流相位，
v
和分别表示外部系统的状态及其变化率，
S、S1、S2分别表示相应的系统矩阵；当选取初始值
v(0)
＝
[01]
T
时：其中
v
or
表示参考输出电压，
i
o
表示干扰电流
。3.
根据权利要求1所述的一种单相
UPS
系统的事件触发输出反馈控制方法，其特征在于，定义负载电压和电感电流：
x1＝
v
o
,x2＝
i
L
,e
＝
v
o
‑
v
or
,(4)
其中
x1、x2分别表示负载电压和电感电流，
v
o
表示负载电压，
i
L
表示电感电流，
v
or
表示参考输出电压，
e
表示输出电压跟踪误差，根据式
(1)、(2)
和
(4)
，得到单相
UPS
系统的动态方程表示如下：
e
＝
C
m
x+F
m
v(5)
其中分别表示状态
、
控制输入和输出电压跟踪误差，
v
表示外部系统状态，表示状态的变化率，表示
i
维欧式空间，维欧式空间，均为常数矩阵：
其中
r、L、C
分别表示滤波电阻
、
滤波电感
、
滤波电容；
S1、S2分别表示相应的系统矩阵
。4.
根据权利要求3所述的一种单相
UPS
系统的事件触发输出反馈控制方法，其特征在于，调节器方程为：
XS
＝
AX+BU+E0
＝
C
m
X+F
m
(7)
其中
S
表示相应的系统矩阵；根据输出调节理论，得到连续的输出反馈控制律：以解决单相
UPS
系统的输出调节问题，其中
u0(t)
表示输出反馈控制律，
z(t)
和分别表示观测器的状态及其变化率，
K
表示控制器增益矩阵，
G1和
G2分别表示观测器的状态系数矩阵和误差系数矩阵，且选取反馈增益矩阵
K1使得
A+BK1是霍尔维兹矩阵，并令前馈增益矩阵
K2＝
U
‑
K1X
，选取观测器增益矩阵使得是霍尔维兹矩阵，得到西尔维斯特方程
ZS
＝
G1Z+G2(C
m
X+F
m
)
的解
Z
满足
U
＝
KZ
且其中
L1表示
L
m
的行数与系统状态
x
的维数相同的子矩阵，
L2表示
L
m
的行数与外部系统状态
v
的维数相同的子矩阵，
Z
表示西尔维斯特方程的解，
X
和
U
均表示调节器方程的解，
I
表示具有合适阶数的单位矩阵
。5.
根据权利要求4所述的一种单相
UPS
系统的事件触发输出反馈控制方法，其特征在于，事件触发输出反馈控制律为：其中
t∈[t
k
,t
k+1
)
，，表示自然数的集合，表示触发次数的集合，
K
表示控制器增益矩阵，
u(t)
表示事件触发输出反馈控制律，
z(t)
和分别表示观测器的状态及其变化率，
G1和
G2分别表示观测器的状态系数矩阵和误差系数矩阵，
t
k
表示由事件触发机制所决定的触发时刻且
t0＝0，事件触发输出反馈控制律式
(10)
等价于下面的离散形式：其中表示
t
k
时刻的观测器状态，
e(t
k
)
表示
t
k
时刻的输出电压跟踪误差，表示状态转移矩阵，
G1(t
k+1
‑
t
k
)
表示
G1与
(t
k+1
‑
t
k
)

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，吴本，孙伟杰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：