[發明專利]一種基于EL模型的動車組整流器的模糊無源控制設計方法

有效

• 申請號: 201811352327.X
• 申請日: 2018-11-14
• 公開（公告）號: CN109586596B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 劉志剛;胡鑫烜
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02M7/217
• 分類號: H02M7/217
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 卓仲陽

本發明公開了一種基于EL模型的動車組整流器的模糊無源控制設計方法，包括以下步驟：建立動車組網側脈沖整流器dq坐標系下的EL模型；根據模型推導證明動車組網側脈沖整流器的無源性并求解整流器的期望平衡點；根據期望平衡點和模型得到基于EL模型的無源控制律；結合模糊控制原理，對注入阻尼的取值進行在線調整，實現模糊無源控制器的設計以及在動車組網側脈沖整流器的應用；本發明基于阻尼注入方法使能量函數快速收斂于期望的能量函數，降低動車組網側整流器直流電壓超調和其波動性；在傳統無源控制的基礎上，結合模糊控制理論，對注入阻尼的取值進行了在線調整，實現了注入阻尼的自整定，提高了整流器的動態性能和魯棒性。

技術領域

本發明涉及動車組網側整流器控制領域，具體涉及一種基于歐拉-拉格朗日(Euler–Lagrange,EL)模型的動車組整流器的模糊無源控制設計方法。

背景技術

隨著我國高速鐵路的迅速發展，大量動車組和大功率電力機車在城際鐵路、客運專線、提速線路上投入運行，使車網耦合系統更加復雜化。動車組和電力機車高度密集運行引起了牽引網網壓、網流出現低頻振蕩現象，導致牽引封鎖，影響高速鐵路的穩定運行。研究表明，該現象與動車組整流器的非線性、強耦合特性有關，由于目前電力機車和高速動車組中采用較多的是線性PI控制，所以非線性控制策略可提高整流器的性能。

為了改善動車組網測整流器的控制性能，張桂南等建立了單相脈沖寬度調制整流器的閉環小信號模型，利用廣義Nyquist準則和Bode圖，分析了車網耦合系統的穩定性及動車控制參數、動車量對其穩定性的影響，通過仿真表明車網系統的穩定性與動車控制、動車輛有很大的關系；姚書龍等用一階非線性自抗擾控制器來替代傳統的PI控制器，分別設計了跟蹤微分器、擴展狀態觀測器和非線性反饋控制律三部分，從而用非線性補償的方法抑制車網耦合系統的外部干擾，達到優化車網系統穩定性的作用；向川等提出采用多變量控制策略來強化整流器抵抗低頻電壓波動的能力，對該控制下的動車整流器進行了穩定性分析，并驗證了多變量控制策略具有較好的阻尼特性。總之，最常采用的線性PI控制方法的控制參數不容易整定，且其對系統擾動比較敏感；而四象限整流器是一個典型的非線性、多變量強耦合系統，對外界擾動和系統自身參數變化較為敏感，因此采用傳統的線性控制方法已達不到理想的控制效果。

發明內容

本發明提供一種提高整流器的動、靜態性能，降低動車組網側整流器直流電壓超調和其波動性的用于動車組整流器的模糊無源控制設計方法。

本發明采用的技術方案是：一種基于EL模型的動車組整流器的模糊無源控制器設計方法，包括以下步驟：

A：建立動車組網側脈沖整流器dq坐標系下的EL模型；

B：根據步驟A建立的模型推導證明動車組網側脈沖整流器的無源性并求解整流器的期望平衡點；

C：根據步驟B得到的期望平衡點和步驟A得到的數學模型得到基于EL模型的無源控制律；

D：在步驟C的基礎上，結合模糊控制原理，對注入阻尼的取值進行在線調整，求解模

糊無源控制器，實現注入阻尼的自整定；

E：仿真系統驗證求解得到的模糊無源控制器，若滿足要求，完成模糊無源控制器的設計，不滿足，返回步驟B重新模糊無源控制器的求解過程，直到滿足要求。

進一步的，所述步驟A中數學模型如下：