采用周期干擾差分抑制策略的并聯型半周期重復控制方法技術

本發明專利技術公開了一種采用周期干擾差分抑制策略的并聯型半周期重復控制方法。根據齊次/偶次諧波干擾信號的半周期負/正對稱特性，分別構造出相應的等效干擾信號；將等效干擾嵌入到吸引律，構造e/v信號轉換模塊，其輸出信號用于并聯型半重復控制器的修正量；繼而計算出其輸出信號作為逆變器對象的輸入，使逆變器系統跟隨參考信號變化。本發明專利技術提供的時域設計的離散并聯型半周期重復控制器是一種快速收斂、高控制精度、消除齊次諧波和偶次諧波干擾信號、有效抑制分數次諧波和其它非周期干擾信號的控制器。

A Parallel Half-Period Repetitive Control Method Using Periodic Disturbance Differential Suppression Strategy

【技術實現步驟摘要】
采用周期干擾差分抑制策略的并聯型半周期重復控制方法
本專利技術涉及一種采用周期干擾差分抑制策略的并聯型半周期重復控制方法，該方法適于逆變電源，也適用于工業控制中的周期運行過程。
技術介紹
多年來，周期信號的跟蹤和干擾抑制補償問題一直是眾多學者關注的課題。重復控制是一種適用于周期系統的控制技術，現有的重復控制技術主要集中于基于內模原理的頻域設計方法。內模原理的本質是采用延遲時間為T的延遲環節的正反饋形式1/(1-e-Ts)來構造周期為T的周期信號內模，并將其嵌入穩定的閉環系統中，內模輸出就會對輸入信號逐周期累加形成控制作用，從而解決周期性參考信號的跟蹤或周期性干擾信號的抑制問題。這種控制技術已經廣泛應用于電機伺服系統、電力電子逆變器、硬盤/光盤伺服系統及其它重復運行過程。實際工程中采用計算機控制技術，控制系統多是以離散時間方式實現。離散重復控制器設計主要有兩種途徑：一種是通過對連續重復控制器離散化得到；另一種是直接針對離散時間系統進行控制器設計。取采樣周期Ts，使得參考信號周期為采樣周期的整數倍，記每個周期中的采樣點個數為N，即T＝NTs。這樣，離散周期信號內模為1/(1-Z-N)。減少控制器的內存占用量和內模的響應速度是重復控制實現時需要考慮的問題。專利號US7265932B2的美國專利技術專利針對滿足的半周期對稱信號x(t)＝-x(t-N/2)，提出了一種半周期重復控制器，比整周期重復控制器的內存占用量減少一半，且系統在半周期后就開始內模響應。Costa-Castello等(Costa-CastelloR,GrinoR,FossasE.Odd-Harmonicdigitalrepetitivecontrolofasingle-phasecurrentactivefilter.IEEETransactionsonPowerElectronics,19(4):1060-1068,2004)提出一種齊次諧波重復控制方法也減少一半內存占用量。但對于偶次諧波是關于半周期正對稱，僅用齊次諧波重復控制器，甚至會放大偶次諧波干擾。KeliangZhou等(KeliangZhou,DanweiWang,etal.Plug-indual-mode-structurerepetitivecontrollerforCVCFPWMinverters,IEEETransactionsonIndustrialElectronics,56(3):784-791,2009)設計了一種雙模結構重復控制器，可同時對齊次諧波和偶次諧波進行抑制，但并未考慮分數次諧波干擾的抑制問題。上述重復控制器的設計是在頻域進行的，然而信號對稱性表現在時域中，對于更為復雜的對稱性信號并不能進行有效處理。因此，仍然有必要繼續深入地研究重復控制技術。
技術實現思路
為了克服已有重復控制方法的未考慮干擾信號的對稱性質和抑制干擾信號緩慢、動態品質較差以及控制時滯過長等問題，本專利技術提供了一種采用周期干擾差分抑制策略的并聯型半周期重復控制方法，可同時抑制齊次諧波和偶次諧波，且設計過程是在時域進行，更有利于結合現有的干擾觀測器技術。采用這種并聯型半周期重復控制技術能夠實現周期參考信號跟蹤任務，同時可快速消除齊/偶次諧波干擾。本專利技術解決上述技術問題采用的技術方案為：采用周期干擾差分抑制策略的并聯型半周期重復控制方法，包括以下步驟：步驟1：給定參考信號rk是周期為N的正弦信號，滿足rk＝Asin(2πk/N)，rk＝rk-N(1)其中，rk,rk-N分別為k，k-N時刻的給定參考信號，A為給定參考信號rk的幅值；步驟2：所述逆變器的齊次諧波mk滿足半周期的負對稱特性：mk＝-mk-N/2(2)其中，mk,mk-N/2分別為第k和k-N/2時刻的齊次諧波；偶次諧波nk滿足半周期的正對稱特性：nk＝nk-N/2(3)其中，nk,nk-N/2分別為第k和k-N/2時刻的偶次諧波；根據齊次/偶次諧波的半周期對稱特性，分別構造兩種等效干擾。對于式(2)，齊次諧波的等效干擾dk,m為dk,m＝wk+wk-N/2(4)其中，wk,wk-N/2分別為k和k-N/2時刻的干擾信號；dk,m為第k時刻的齊次諧波等效干擾；對于式(3)，偶次諧波的等效干擾dk,n為dk,n＝wk-wk-N/2(5)其中，dk,n為第k時刻的偶次諧波等效干擾；步驟3：本專利技術構造下述離散吸引律：ek+1＝(1-ρ)ek-εΦ(ek,δ)(6)其中，Φ(ek,δ)為改進型非線性冪次函數，具有“大誤差冪次、小誤差放大”的特性，其具體形式如下：δ為改進型非線性冪次函數的邊界層參數，ek+1,ek分為k+1，k時刻的跟蹤誤差，且ek＝rk-yk；0＜ρ＜1,δ＞0,0＜λ＜1為用于調整吸引速度的參數；為了提高系統對齊次和偶次諧波干擾的抑制能力，本專利技術將周期干擾抑制補償項嵌入到吸引律(6)中，形成如下理想誤差動態ek+1＝(1-ρ)ek-εΦ(ek,δ)+k1(dk,m-dk+1,m)+k2(dk,n-dk+1,n)(8)其中，0≤k1,k2≤1，k1+k2＝1；dk+1,m和dk+1,n可分別抑制齊次諧波和偶次諧波干擾信號；dk,m和dk,n分別用于補償dk+1,m和dk+1,n，實現對分數次諧波和非周期干擾信號的抑制。步驟4：依據吸引律(8)，并聯型半周期重復控制器的表達式為uk＝k1uk,m+k2uk,n(9)其中，uk,m，uk,n分別為第k時刻的齊次諧波和偶次諧波半周期重復控制器，具體形式如下：其中，uk,m，uk-1,m，uk-N/2,m，uk-1-N/2,m分別為第k，k-1，k-N/2，k-1-N/2時刻的齊次諧波半周期重復控制器；uk,n，uk-1,n，uk-N/2,n，uk-1-N/2,n分別為第k，k-1，k-N/2，k-1-N/2時刻的偶次諧波半周期重復控制器；rk+1分別為k+1時刻的給定參考信號；yk,yk-1,yk-1-N/2,yk-N/2,yk+1-N/2分別為第k，k-1，k-1-N/2，k-N/2，k+1-N/2時刻的輸出信號；式(10)和式(11)中的a1,a2,b1,b2為逆變器的系統參數，逆變器的數學模型如下：yk+1+a1yk+a2yk-1＝b1uk+b2uk-1+wk+1(12)其中，yk+1,yk,yk-1為逆變器k+1，k，k-1時刻的輸出信號，uk,uk-1表示逆變器k，k-1時刻的控制輸入信號，a1,a2,b1,b2為系統參數；wk+1＝mk+1+nk+1+Δwk+1為k+1時刻的系統干擾信號，包括齊次諧波mk+1、偶次諧波nk+1以及其他間諧波和參數攝動Δwk+1；步驟5：將uk作為逆變器的控制輸入信號，可量測獲得逆變器系統輸出信號yk，跟隨參考信號rk變化，且系統跟蹤誤差的動態行為由式(8)表征；步驟6：進一步，為表征吸引律的吸引過程，本專利技術給出單調減區域、絕對吸引層以及穩態誤差帶這3個指標的表達式；這3個指標可用于指導控制器參數整定，其中單調減區域、絕對吸引層、穩態誤差帶的定義如下：1)單調減區域ΔMDR2)絕對吸引層ΔAAL|ek+1|＜|ek|，當|ek|＞ΔAAL(14)3)穩態誤差帶ΔSSE|ek+1|≤ΔSSE，當|ek|≤ΔSSE(15)這里，ΔMDR為本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種采用周期干擾差分抑制策略的并聯型半周期重復控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：步驟1：給定參考信號rk是周期為N的正弦信號，滿足rk＝A?sin(2πk/N)，rk＝rk?N???????????????(1)其中，rk,rk?N分別為k，k?N時刻的給定參考信號，A為給定參考信號rk的幅值；步驟2：所述逆變器的齊次諧波mk滿足半周期的負對稱特性：mk＝?mk?N/2???????????????????????????(2)其中，mk,mk?N/2分別為第k和k?N/2時刻的齊次諧波；偶次諧波nk滿足半周期的正對稱特性：nk＝nk?N/2????????????????????????????(3)其中，nk,nk?N/2分別為第k和k?N/2時刻的偶次諧波；根據齊次/偶次諧波的半周期對稱，分別構造兩種等效干擾；對于式(2)，齊次諧波的等效干擾dk,m為dk,m＝wk+wk?N/2????????????????(4)其中，wk,wk?N/2分別為k和k?N/2時刻的干擾信號；dk,m為第k時刻的齊次諧波等效干擾；對于式(3)，偶次諧波的等效干擾dk,n為dk,n＝wk?wk?N/2???????????????????(5)其中，dk,n為第k時刻的偶次諧波等效干擾；步驟3：本專利技術構造下述離散吸引律：ek+1＝(1?ρ)ek?εΦ(ek,δ)??????????????(6)其中，Φ(ek,δ)為改進型非線性冪次函數，具有“大誤差冪次、小誤差放大”的特性，其具體形式如下：...

【技術特征摘要】
1.一種采用周期干擾差分抑制策略的并聯型半周期重復控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：步驟1：給定參考信號rk是周期為N的正弦信號，滿足rk＝Asin(2πk/N)，rk＝rk-N(1)其中，rk,rk-N分別為k，k-N時刻的給定參考信號，A為給定參考信號rk的幅值；步驟2：所述逆變器的齊次諧波mk滿足半周期的負對稱特性：mk＝-mk-N/2(2)其中，mk,mk-N/2分別為第k和k-N/2時刻的齊次諧波；偶次諧波nk滿足半周期的正對稱特性：nk＝nk-N/2(3)其中，nk,nk-N/2分別為第k和k-N/2時刻的偶次諧波；根據齊次/偶次諧波的半周期對稱，分別構造兩種等效干擾；對于式(2)，齊次諧波的等效干擾dk,m為dk,m＝wk+wk-N/2(4)其中，wk,wk-N/2分別為k和k-N/2時刻的干擾信號；dk,m為第k時刻的齊次諧波等效干擾；對于式(3)，偶次諧波的等效干擾dk,n為dk,n＝wk-wk-N/2(5)其中，dk,n為第k時刻的偶次諧波等效干擾；步驟3：本發明構造下述離散吸引律：ek+1＝(1-ρ)ek-εΦ(ek,δ)(6)其中，Φ(ek,δ)為改進型非線性冪次函數，具有“大誤差冪次、小誤差放大”的特性，其具體形式如下：δ為非線性冪次函數的邊界層參數，ek+1,ek分為k+1，k時刻的跟蹤誤差，且ek＝rk-yk；0＜ρ＜1,δ＞0,0＜λ＜1為用于調整吸引速度的參數；為了提高系統對齊次和偶次諧波干擾的抑制能力，本發明將周期干擾抑制補償項嵌入到吸引律(6)中，形成如下理想誤差動態ek+1＝(1-ρ)ek-εΦ(ek,δ)+k1(dk,m-dk+1,m)+k2(dk,n-dk+1,n)(8)其中，0≤k1,k2≤1，k1+k2＝1；dk+1,m和dk+1,n可分別抑制齊次諧波和偶次諧波干擾信號；dk,m和dk,n分別用于補償dk+1,m和dk+1,n，實現對分數次諧波和非周期干擾信號的抑制；步驟4：依據吸引律(8)，并聯型半周期重復控制器的表達式為uk＝k1uk,m+k2uk,n(9)其中，uk,m，uk,n分別為第k時刻的齊次諧波和偶次諧波半周期重復控制器，具體形式如下：其中，uk,m，uk-1,m，uk-N/2,m，uk-1-N/2,m分別...

【專利技術屬性】
技術研發人員：林志明，鄔玲偉，雷必成，梅盼，朱鶯鶯，
申請(專利權)人：臺州學院，
類型：發明
國別省市：浙江,33