一种特定次重复控制器及控制方法技术

本发明专利技术公布了一种特定次重复控制器及控制方法，所述控制器包括重复控制增益模块、负前馈增益模块、正前馈增益模块、加法环、二个减法环和三个时间延迟模块。所述方法为通过一条主路径，正、负前馈路径各一条和一条正反馈路径的组合来实现无误差跟踪或消除（ｎｋ±ｍ）次谐波，其中按所要跟踪或消除的谐波频率次数确定正、负前馈增益模块的参数，通过重复控制增益模块调节消除误差的速度。本发明专利技术优点在于消除误差的速度更快，且数字化实现时需要的存储单元更少，并且提供了通用的重复控制器表达形式。为提高控制系统稳定性和抗干扰能力，还给出了加入低通滤波器和相位超前补偿器的改进的（ｎｋ±ｍ）次谐波重复控制器以满足实际应用的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提出了，用于(nk士m)次谐波信号的无 误差跟踪或完全消除，属于工业控制的重复控制器领域。
技术介绍
多年来，周期性信号的跟踪和扰动抑制补偿问题一直是众多研究人员关注的课 题，而基于内模原理的重复控制就是一种十分有效的控制手段。一般的重复控制器采用延 迟时间τ为Τ。的延迟环节的正反馈形式fU/fl-f7^来构造基波周期为Τ。的周期信号的内模，并将之嵌入控制回路中，从而能够对该种周期性信号(包括正弦基波及其各次谐 波)实施静态无差跟踪控制或扰动消除，由于该类重复控制器由输入到输出的延迟时间为 基波周期τ。，其响应速度相对较慢，并且实际当中重复控制器多以数字方式ζ-Ν/(ι-ζ-Ν)(其 中N = T。/Ts为整数，Ts为采样时间)实现该周期性信号的内模，其所占用的内存单元数目 至少为N。然而在一些实际应用中，需要跟踪或消除的谐波只局限于特定的某些频率，例如 三相整流负载给电源系统所造成的谐波污染绝大部分集中于6k± l(k= = 1,2,...)次谐 波频率处，而单相整流负载给电源系统所造成的谐波污染绝大部分集中于4k± l(k= = 1， 2,...)次谐波频率(即奇次谐波频率)处。若采用一般的重复控制器来消除这类(nk士m) 次谐波，会出现周期性扰动消失非常缓慢的现象，往往无法满足实际系统对控制性能的要 求。若能提出新的重复控制器只针对这些频率进行补偿，通过改造控制器中信号的内模，将 其控制延迟时间缩短，将能够大大提高系统消除扰动的速度，并大大减少其数字实现所需 占用的存储空间。因此仍有必要对重复控制技术做进一步的研究。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是提出，该重复控制 器只针对(nk士m)次谐波信号进行完全跟踪或消除，其跟踪或消除谐波信号的速度要远快 于一般的重复控制器，且其数字实现所占用的存储空间更少，其性价比大大提升。技术方案本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案本专利技术一种特定次重复控制器，包括重复控制增益模块、负前馈增益模块、正前馈 增益模块、加法环、二个减法环和三个相同的时间延迟模块，其中重复控制增益模块的输出 端分别接加法环和负前馈增益模块的输入端，加法环的输出端串接第一时间延迟模块后分 别接第二时间延迟模块和正前馈增益模块的输入端，负前馈增益模块的输出端串接第三时 间延迟模块后接第二减法环的负输入端，第二时间延迟模块的输出端接第一减法环的负输 入端，正前馈增益模块的输出端接第一减法环的正输入端，第一减法环的输出端接第二减 法环的正输入端，第二减法环的输出端接加法环的输入端。优选地，所述三个相同的时间延迟模块的输出端分别串接低通滤波器，所述第二 减法环的输出端串接相位超前补偿模块。优选地，所述时间延迟模块为模拟或数字时间延迟模块。一种特定次重复控制器的控制方法如下重复控制增益模块将重复控制器的输入量经过重复控制增益得到重复控制增益 模块输出量，通过调节重复控制增益实现调节所述重复控制器跟踪或消除特定次谐波的速 度；负前馈增益模块将重复控制增益模块输出量经过负前馈增益得到负前馈增益模 块输出量，负前馈增益中参数按所要跟踪或消除的谐波频率次数确定；加法环将重复控制增益模块输出量与重复控制器的输出量相加得到加法环输出 量；第一时间延迟模块将加法环输出量延迟输出；第二时间延迟模块将第一时间延迟模块延迟输出的加法环输出量再延迟输出；第三时间延迟模块将负前馈增益模块输出量延迟输出；正前馈增益模块将第一时间延迟模块延迟输出的加法环输出量经过正前馈增益 得到正前馈增益模块输出量，正前馈增益中参数按所要跟踪或消除的谐波频率次数确定， 与负前馈增益模块配合即可实现跟踪或消除特定次谐波；第一减法环将第二时间延迟模块的输出量与正前馈增益模块输出量相减后输 出；第二减法环将第一减法环输出量与第三时间延迟模块相减得到重复控制器的输出量。优选地，所述时间延迟模块为模拟或数字时间延迟模块，则所述重复控制器传递 函数如下/ XCOS2π Λ St-^——m \e “ -I ν η J小)“片e “ -2 cos 或rIn 、——mV η )sie n +1COSrIn K η、 m )N ζ" -1φ)r 2! f ζ n -2 cos \'2π——m η JN其中c()为重复控制器的输出量，e()为重复控制器的输入量亦即控制系统的控 制误差量，kr为重复控制增益，Z为离散时间系统的Z变换的变量，S为连续时间系统的拉 普拉斯(Laplace)变量，N = T。/Ts为整数，T0为基波周期，T0 = 2 π / ωο = 1/f。，f。为基波 频率，ω。为基波角频率，Ts为采样周期，n、k和m为不小于零的整数且η兴0，η > m。优选地，所述时间延迟模块为模拟时间延迟模块，则消除(nk士m)次谐波的重复 控制器传递函数可以化成如下形式 上式要求m兴0;当m = 0时，消除(nk士m)次谐波的重复控制器传递函数可以化 成如下形式 综合上述两式，所以本专利技术提出的特定次谐波重复控制器包含频率为(nk士m) ω。 的极点，因此亦称(nk士m)次谐波重复控制器。 优选地，所述三个相同的时间延迟模块的输出端分别串接低通滤波器QO进行滤 波，所述第二减法环的输出端串接相位超前补偿模块AO进行相位超前补偿，则其重复控 制器传递函数如下 有益效果1、本专利技术所提出的(nk士m)次谐波重复控制器专门针对(nk士m)次谐波信号进行 无误差跟踪或扰动消除，可以根据消除谐波扰动信号或跟踪参考信号的实际需求，定制不 同的η和m的数值。如针对三相逆变中消除(6k士 1)次谐波及跟踪基波参考信号的需要， 只需令η = 6和m = 1即可；对单相逆变中消除奇次谐波及跟踪基波参考信号的需要，只需 令n = 4和m= ι即可。与一般的重复控制器相比，其消除扰动的速度大大提高。2、(nk士m)次谐波重复控制器的数字实现所需存储单元的数目也大大低于一般的 数字重复控制器。3、(nk士m)次谐波重复控制器给出了重复控制器的一种通用表达式，统一了多 种重复控制器，如文献 Keliang Zhou 等所著的 “Zero-phase Odd-harmonic Repetitive Controller fora Single-phase PWM Inverter", IEEE Trans, on Power Electronics, Vol. 21,No. l，pp. 193-201,2006 —文中所应用的奇次谐波重复控制器是本专利技术(nk士m)次 谐波重复控制器当η = 4和m = 1时的特例；而一般的重复控制器可由本专利技术(nk士m)次 谐波重复控制器令η = 1和m = 0得到。4、(nk士m)次谐波重复控制器用来消除nk+m和nk-m这两种频率之比不为整数倍 关系的扰动时只需要一种时间延迟环节来构造扰动信号内模，因此简化了重复控制器中时 间延迟环节的设计。附图说明图1是本专利技术提出的(nk士m)次谐波重复控制器。图2是图1的数字实现形式，为(nk士m)次谐波数字重复控制器。图3是在图1基础上加入低通滤波环节和相位超前补偿环节的改进的(nk士m)次 谐波重复控制器。图4是图3的数字实现形式，为改进的(nk士m)次谐波数字重复控制器。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种特定次重复控制器，其特征在于包括重复控制增益模块、负前馈增益模块、正前馈增益模块、加法环、二个减法环和三个相同的时间延迟模块，其中重复控制增益模块的输出端分别接加法环和负前馈增益模块的输入端，加法环的输出端串接第一时间延迟模块后分别接第二时间延迟模块和正前馈增益模块的输入端，负前馈增益模块的输出端串接第三时间延迟模块后接第二减法环的负输入端，第二时间延迟模块的输出端接第一减法环的负输入端，正前馈增益模块的输出端接第一减法环的正输入端，第一减法环的输出端接第二减法环的正输入端，第二减法环的输出端接加法环的输入端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢闻州，周克亮，杨云虎，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]