【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于低压电器试验固态负载电流控制，具体是一种基于改进无源控制的电寿命交流固态负载电流控制方法。
技术介绍
1、日常生活使用的电器大多使用低压电，因此保证低压电器产品质量对安全以及供电系统的可靠性具有重要意义。在低压电器生产中，为了提升产品质量，使用模拟负载对其进行电寿命试验是必不可少的。由电阻、电感构成的传统模拟负载存在耗能高、占地面积大等问题，而电寿命试验交流固态负载(以下简称交流固态负载或固态负载)可以解决传统模拟负载灵活性差、耗能严重、体积庞大、消耗有色金属过多等问题。
2、目前，对于交流固态负载等电力电子装置的控制策略研究，主要着眼于线性控制与非线性控制两个方面。线性控制依据系统局部线性化模型进行研究，如pi控制、pr控制等在线性化模型传递函数的基础上进行设计，但对交流信号难以实现无静差跟踪。滑模控制较早应用于非线性特征系统研究，可通过对定结构滑模控制器加入限制条件，削弱控制系统抖震现象，但是会导致控制参数增加，控制器结构复杂。而无源控制从系统能量角度对控制器进行设计，相比pi控制、pr控制，具有全局稳定、结构简单等优势，已在pwm整流器、模块化多电平矩阵变换器等电力电子装置控制中得到应用。
3、目前，无源控制主要利用欧拉-拉格朗日(euler-lagrange,el)与端口耗散受控哈密顿(port-controlled hamiltonian with dissipation,pchd)两种模型进行系统能量变化分析。pchd是el的进一步拓展，不仅保留了el的优点，控制器设计也更加灵活
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种基于改进无源控制的电寿命交流固态负载电流控制方法。
2、本专利技术解决所述技术问题采用如下的技术方案：
3、一种基于改进无源控制的电寿命交流固态负载电流控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
4、第一步：实时采集输入侧电压源电压us、负载模拟单元的交流侧电流is以及直流侧母线电容电压udc；
5、第二步：对输入侧电压源电压us进行锁相，并生成α、β轴电压uα、uβ；
6、
7、其中，gα(s)、gβ(s)均为二阶广义积分器的传递函数，k为阻尼系数，ω为输入侧电压源电压的基波角频率，s是s域中关于t的函数；
8、第三步：构建与负载模拟单元的交流侧电流is相位相同的α轴电流iα和相位正交的β轴电流iβ，并根据式(2)得到α、β轴期望电流
9、
10、式中，a、θ分别为交流固态负载的电流幅值和功率因数；
11、对α、β轴的电流、电压以及期望电流进行dq坐标系变换，得到d、q轴的电流、电压以及期望电流；
12、第四步：根据交流固态负载的数学模型，在无源控制中引入滑模控制对系统状态进行控制，同时对滑模控制中滑动模态的切换进行改进，得到改进后的电流误差计算公式为：
13、
14、式中，id、iq为d、q轴电流，l为主电路电感，λ为趋近律系数，rs为线路等效电阻，ra为非线性阻尼，pie(z)为分段函数且或
15、
16、式中，τ为边界层外线性特性的切换点，δ为滑动模态的边界层，a为滑动模态边界层线性特性的斜率；
17、第五步：将改进后的电流误差带入无源控制的igbt开关函数中，得到d、q轴igbt开关函数sd、sq为：
18、
19、式中，ud、uq为d、q轴电压；
20、对d、q轴igbt开关函数进行dq坐标系反变换，得到期望状态下系统能量最小的igbt开关函数；期望状态下系统能量最小的igbt开关函数再经过pwm调制，得到负载模拟单元各个开关管的控制信号，达到交流固态负载电流的目的。
21、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
22、(1)由于设备装置内部器件参数误差和交流固态负载应用环境的电源存在谐波等，将导致输入侧电压源谐波的引入以及参数干扰等情况，随着电寿命试验的进行，输入侧电压源谐波、试品触头电阻与磁环电感值都将对交流固态负载造成干扰，进一步对控制器性能造成影响；另外，本专利技术的对象为低压电器电寿命试验，其试验模式与要求较多，对试品通断的切换频率较高，对电流跟踪速度、功率因数角控制要求较高；因此针对交流固态负载工作过程中，外部环境与装置内部器件的扰动，提出了本专利技术的基于改进无源控制的电寿命交流固态负载电流控制方法。
23、(2)本专利技术使用二阶广义积分锁相环对输入侧电压源进行锁相，二阶广义积分器在构造相位正交的电压信号的同时，也具有低通滤波器与带通滤波器的功能，抑制了输入侧电压源谐波因素的干扰，在省去硬件锁相电路的同时也提高了锁相精度；另外，使用二阶广义积器对输入侧电流、电压信号进行滤波后，其输出的α、β轴分量为控制器进行dq坐标变换提供了实时的αβ信号分量，规避了交流信号量对控制器性能的影响。
24、(3)本专利技术将无源控制与滑模控制相结合，并对滑模控制中的滑动模态切换进行改进，进而改进了dq坐标系下电流误差的计算，再在系统状态中注入非线性阻尼，得到期望状态下系统能量最小的igbt开关函数，有效提高了交流固态负载电流控制的抗干扰能力与电流跟踪性能，同时削弱了系统抖震。
25、(4)本申请的电寿命交流固态负载系统是基于电力电子技术中pwm整流器相关技术与电力电子负载设计上进行设计与完善的，其负载模拟单元可实现模拟多种不同特性负载可满足电寿命试验的需求；同时，交流固态负载采用模块设计对主电路采用模块化设计，进一步减小了装置的体积，且采用mcu进行控制系统设计进一步增加交流固态负载的可控性与交互性，具有较为广泛的应用前景。
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1.一种基于改进无源控制的电寿命交流固态负载电流控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于改进无源控制的电寿命交流固态负载电流控制方法，其特征在于，所述无源控制的IGBT开关函数为：
3.根据权利要求1或2所述的基于改进无源控制的电寿命交流固态负载电流控制方法，其特征在于，滑模控制的滑模面为：
4.根据权利要求1所述的基于改进无源控制的电寿命交流固态负载电流控制方法，其特征在于，交流固态负载的数学模型为：
【技术特征摘要】
1.一种基于改进无源控制的电寿命交流固态负载电流控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于改进无源控制的电寿命交流固态负载电流控制方法，其特征在于，所述无源控制的igbt开关函数为：
...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙曙光，李睿杰，安泽璋，纪卫震，杨飞龙，王泽伟，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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