[發明專利]一種用于逆變器控制系統基于模型的魯棒濾波方法

有效

• 申請號: 202010699871.2
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111812984B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 張正江;祝旺旺;戴瑜興;趙升;閆正兵;黃世沛;王環
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 溫州名創知識產權代理有限公司 33258
• 代理人: 陳加利

本發明提供一種用于逆變器控制系統基于模型的魯棒濾波方法，包括建立包含外部擾動信號和測量噪聲信號的逆變器控制系統模型；對測量反饋信號和預測信號進行最優估計，得到濾波信號并進行輸出反饋；將濾波信號與設定標準正弦信號進行比較得到偏差信號作為PID控制器輸入，從而降低輸出波形的偏差，增加逆變器輸出的準確性。實施本發明，在于其綜合考慮了系統的模型預測信息與測量信息，采用最優估計從而使濾波后的數據更加接近于過程的真實狀態，從而能克服現有技術中逆變器控制系統可能存在的外部擾動及測量噪聲對系統性能的影響以及濾波技術的不足。

技術領域

本發明涉及電力電子系統濾波技術領域，尤其涉及一種用于逆變器控制系統基于模型的魯棒濾波方法。

背景技術

恒流恒頻逆變器是電力電子領域中使用較為廣泛的一種轉換設備，尤其在不間斷電源等電源系統中使用更為頻繁。通常來說，絕大部分向交流負載供電的過程都離不開逆變器電路，逆變器控制系統的好壞很大程度上影響著向負載供電的效率。隨著工作環境的復雜化及生產要求的多樣化，逆變器控制系統的優化與濾波技術的改良逐漸引起國內外學者的重視。

在對逆變器系統進行控制的過程中，系統工作環境的變化直接影響著輸出電流的穩定情況，由于逆變器控制系統中包含著各種類型的環境噪聲，逆變器的輸出往往達不到預期水平。傳統意義上的環境噪聲主要是指外部擾動，該類型的噪聲存在于絕大多數的控制系統之中，它會降低逆變器輸出信號的穩定性從而使輸出信號達不到預期水平；而實際中由于需要對逆變器控制系統各環節進行實時測量監控，傳感器還會引入另外一種形式的噪聲，即測量噪聲，它同外部擾動一樣，都會導致輸出信號的失真。為了降低外部擾動及測量噪聲對逆變器控制系統的影響，控制系統的反饋環節需要引進相應的濾波方法，經過濾波后的反饋信息由于更接近真實值從而會使逆變器輸出相對準確的電壓或電流信號。近年來應用比較廣泛的濾波技術主要包括指數魯棒濾波器、擴展卡爾曼魯棒濾波器等，這些濾波技術雖然在一定程度上可以降低外部擾動和測量噪聲對控制系統的影響，但是它們所存在的缺點也不可忽視。

自二十世紀五六十年代晶閘管誕生之日起，國際上對于逆變器的研究探索就已經拉開了序幕。二十世紀七十年代后期，門極可關斷晶閘管(GTO)、電力雙極型晶體管(BJT)以及電力場效應晶體管(Power-MOSFET)等全控型器件的飛速發展極大地促進了逆變技術的創新及應用。對該領域發展作出突出貢獻的研究機構主要集中于美國和中歐地區，其中包括美國的通用電氣公司、貝爾實驗室以及德國的SMA公司等。

從逆變器控制系統的控制技術層面上看，國外提出的矢量控制技術、多電平變換技術、重復控制、模糊控制等技術在逆變器中的應用很大程度上促進了逆變器控制系統的發展。矢量控制技術最早由西門子工程師Blaschke提出，其基本原理是通過控制電動機定子電流矢量對異步電動機的勵磁和轉矩電流進行控制從而實現對電動機轉矩的控制。多電平概念由Nabae等人于1980年提出，其后，Bhagwat和Stefanovic進一步將三電平逆變器推廣到多電平，從而給研發高壓大容量逆變器提供了新的方向。重復控制由日本的研究小組提出，它是一種基于內模原理的控制思想，內模控制指出，在一個系統中，如果被控信號是控制它的反饋信號，并且在反饋回路中又有被控模型，那么該系統在理論意義上被認為是穩定的；與一般控制系統相比，重復控制系統增加了一個重復補償器，這就使得控制器會在周期性控制進程中獲得較高的精度。模糊控制的提出歸功于Zadeh提出的“模糊集合”概念，該技術基于模糊數學理論，通過模擬人的推理和決策過程使控制算法的適應性及合理性大大提高，已經發展成為智能控制的重要分支。