[發(fā)明專利]基于描述函數(shù)法分析雙級(jí)滯環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310364774.8
• 申請(qǐng)日: 2013-08-20
• 公開（公告）號(hào): CN103454920A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李虹;王詩(shī)姮;游小杰;鄭瓊林;郝瑞祥;孫湖;林飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于描述函數(shù)法分析雙級(jí)滯環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。

背景技術(shù)

滯環(huán)控制，又被稱為bang-bang控制，最早由龐特里亞金提出，是工程領(lǐng)域中最為常見的一種綜合控制形式。在滯環(huán)控制中，根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀況，最優(yōu)控制的各個(gè)控制變量在整個(gè)過程中分段地取為容許控制范圍的正最大值或負(fù)最大值，具體如圖1和2所示。圖1為滯環(huán)控制環(huán)節(jié)的輸入輸出的非線性特性曲線，其中，x為輸入電壓，f（x）為輸出電壓。圖2為滯環(huán)控制環(huán)節(jié)的輸入輸出波形，其中，v_in為輸入電壓，v_out為輸出電壓，v_h、v_l為滯環(huán)的高低門限值，當(dāng)v_out為高電平時(shí)，只要v_in大于v_l則v_out不變，當(dāng)v_in達(dá)到或者小于v_l時(shí)v_out跳變?yōu)榈碗娖剑划?dāng)v_out為低電平時(shí)，只要v_in小于v_h則v_out不變，當(dāng)v_in達(dá)到或者大于v_h時(shí)v_out跳變?yōu)楦唠娖健Ｓ蓤D1和圖2可以看出滯環(huán)控制是一個(gè)強(qiáng)非線性環(huán)節(jié)，并且該滯環(huán)控制環(huán)節(jié)的輸出為PWM（Pulse?Width?Modulation，脈沖寬度調(diào)制）控制信號(hào)。

由上述的兩個(gè)單級(jí)滯環(huán)控制并聯(lián)即可組成雙級(jí)滯環(huán)控制，具體如圖3和4所示。圖3為雙級(jí)滯環(huán)控制環(huán)節(jié)的輸入輸出的非線性特性曲線，x為輸入電壓，f(x)為輸出電壓。圖4為雙級(jí)滯環(huán)控制環(huán)節(jié)的輸入輸出波形，v_in為輸入電壓，v_out1和v_out2分別為兩個(gè)單級(jí)滯環(huán)控制環(huán)節(jié)的輸出，v_h1、v_l1為對(duì)應(yīng)v_out1的滯環(huán)控制的高、低門限值，v_h2、v_l2為對(duì)應(yīng)v_out2的滯環(huán)控制的高、低門限值，當(dāng)輸入電壓處于該雙級(jí)滯環(huán)控制的滯環(huán)帶的工作電壓范圍內(nèi)時(shí)，該雙級(jí)滯環(huán)控制環(huán)節(jié)同樣輸出PWM控制信號(hào)。其中，圖3中的輸出電壓f(x)為兩個(gè)滯環(huán)輸出電壓v_out1和v_out2之和。

雙級(jí)滯環(huán)控制是電力電子系統(tǒng)中常見的控制方式之一，常常用于多電平逆變器以及采用S3R拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電源分流調(diào)節(jié)單元。現(xiàn)在的分析雙級(jí)滯環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法為近似線性化法，該方法將雙級(jí)滯環(huán)結(jié)構(gòu)等效為一條斜線后進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)定性分析。如圖5所示，將雙級(jí)滯環(huán)控制用一條通過滯環(huán)端點(diǎn)的斜線近似表示，其數(shù)學(xué)模型為：

G(s)=2Mvh2-vl1]]>

其中，M為滯環(huán)帶寬度，v_l1為對(duì)應(yīng)v_out1的滯環(huán)控制的低門限值，v_h2對(duì)應(yīng)v_out2的滯環(huán)控制的高門限值。

該方法簡(jiǎn)單易行，但由于數(shù)學(xué)建模時(shí)，雙級(jí)滯環(huán)結(jié)構(gòu)被近似線性化處理，使得數(shù)學(xué)模型不能完全表現(xiàn)出系統(tǒng)的非線性特性，例如交流、直流特性，因此現(xiàn)有的近似線性建模方法在特定參數(shù)范圍下存在對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性判斷失誤。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的旨在至少在一定程度上解決上述的技術(shù)缺陷。

為此，本發(fā)明的目的在于提出一種基于描述函數(shù)法分析雙級(jí)滯環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法，該方法能夠更為準(zhǔn)確地表現(xiàn)雙級(jí)滯環(huán)控制系統(tǒng)的非線性特性，從而提高雙級(jí)滯環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析的準(zhǔn)確性。