[發明專利]基于滑模控制的矩陣變換器輸出側電流跟蹤方法及系統

有效

• 申請號: 202010922995.2
• 申請日: 2020-09-04
• 公開（公告）號: CN112187123B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 潘月斗;王陽陽
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/22;H02P27/16;H02M5/06
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明公開了一種基于滑模控制的矩陣變換器輸出側電流跟蹤方法及系統，該方法包括根據待控制的矩陣變換器的輸出側的拓撲結構，對待控制的矩陣變換器的輸出側進行建模，得到待控制的矩陣變換器的輸出側狀態方程；基于所述輸出側狀態方程，建立針對待控制的矩陣變換器的輸出側的電流誤差的滑模面和指數趨近率；根據所建立的滑模面和指數趨近率，設計滑模控制律；將建立的滑模控制律應用到所述待控制的矩陣變換器的控制系統中，實現對所述待控制的矩陣變換器的輸出側電流的跟蹤控制。本發明能夠有效改善矩陣變換器在三相輸入電壓不對稱、三相負載不平衡的非正常工況下的輸出電流性能。

技術領域

本發明涉及矩陣變換器控制技術領域，特別涉及一種基于滑模控制的矩陣變換器輸出側電流跟蹤方法及系統。

背景技術

矩陣變換器是一種復雜的柔性電力電子變換器，可以實現交流電諸參數(相數、相位、幅值、頻率)的變換。和傳統的變換器相比，它具有如下優點：不需要中間直流儲能環節；能夠四象限運行；具有優良的輸入電流波形和輸出電壓波形；可自由控制的功率因數。目前，矩陣變換器已成為電力電子技術研究的熱點之一，在交-交變換領域具有廣泛的發展前景。

矩陣變換器由于省略了中間儲能環節，輸出電流性能非常容易受到輸入電壓畸變、三相負載不對稱等非正常工況的影響，因此對于采用矩陣變換器的機器人永磁同步電機矢量控制系統，當其工作環境復雜且存在多種干擾情況下將導致矢量控制系統性能下降，因此，有必要開發矩陣變換器輸出側電流控制方法，提高矢量控制系統的控制性能，提高機器人關節的控制精度和抗干擾能力。

發明內容

本發明提供了一種基于滑模控制的矩陣變換器輸出側電流跟蹤方法及系統，以解決機器人永磁同步電機矢量控制系統抗復雜干擾差，當其工作環境復雜且存在多種干擾情況下將導致矢量控制系統性能下降的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了如下技術方案：

一方面，本發明提供了一種基于滑模控制的矩陣變換器輸出側電流跟蹤方法，該基于滑模控制的矩陣變換器輸出側電流跟蹤方法包括：

根據待控制的矩陣變換器的輸出側的拓撲結構，對所述待控制的矩陣變換器的輸出側進行建模，得到所述待控制的矩陣變換器的輸出側狀態方程；

基于所述輸出側狀態方程，建立針對所述待控制的矩陣變換器的輸出側的電流誤差的滑模面和指數趨近率；

根據所建立的滑模面和指數趨近率，設計滑模控制律；

將建立的滑模控制律應用到所述待控制的矩陣變換器的控制系統中，實現對所述待控制的矩陣變換器的輸出側電流的跟蹤控制。

其中，所述根據待控制的矩陣變換器的輸出側的拓撲結構，對所述待控制的矩陣變換器的輸出側進行建模，得到所述待控制的矩陣變換器的輸出側狀態方程，包括：

根據待控制的矩陣變換器的輸出側的拓撲結構，對所述待控制的矩陣變換器的輸出側進行建模，得到三相的輸出側數學模型，其表達式為：

其中，u_a、u_b、u_c分別表示所述待控制的矩陣變換器的輸出側a、b、c相的電壓，u_n表示三相負載中心的相電壓，i_a、i_b、i_c分別表示負載a、b、c三相的電流，R和L分別表示所述待控制的矩陣變換器的輸出側電阻和電感；

對所建立的三相的輸出側數學模型進行Park變換，得到dq坐標下的兩相的輸出側數學模型，其表達式為：

將得到的兩相的輸出側數學模型的表達式整理成系統狀態方程的一般形式，得到所述待控制的矩陣變換器的輸出側狀態方程，其表達式為：