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小研多變量系統的解耦與控制
1 引言
隨著(zhù)工業(yè)生產(chǎn)規模的不斷擴大,需要控制的變量常常不止一對,這些變量常以這種或那種形式互相關(guān)聯(lián)著(zhù),對某一個(gè)參數的控制不可避免地要考慮另一些有關(guān)聯(lián)的參數或操縱變量的影響,在設計時(shí)就不應像單變量控制系統那樣逐一進(jìn)行,而須從整體上考慮。為了使系統能獨立進(jìn)行控制,應對多變量系統進(jìn)行解耦研究。傳統的單變量控制系統設計方法顯然無(wú)法滿(mǎn)足要求,工程中常常引入多變量的解耦設計。
2 多變量體統的分析
2.1 多變量系統的耦合性分析通常,耦合系統關(guān)聯(lián)的類(lèi)型可分為單向關(guān)聯(lián)(半耦合)和雙向關(guān)聯(lián)(耦合)。以2I2O 系統為例,如果回路1 對回路2 有關(guān)聯(lián),也就是說(shuō)回路1 的變化會(huì )影響到回路2 的運行,而回路2 的變化不會(huì )影響回路1,那么這種關(guān)聯(lián)稱(chēng)為單向關(guān)聯(lián);而如果回路2 的變化反過(guò)來(lái)也會(huì )影響回路1 的運行,那么這種關(guān)聯(lián)稱(chēng)為雙向關(guān)聯(lián)。中國碩士論文網(wǎng)提供大量免費金融碩士論文,如有業(yè)務(wù)需求請咨詢(xún)網(wǎng)站客服人員!
2.2 三相電壓型PWM 整流器耦合性分析為了提高功率因數,抑制諧波污染,結合PWM 技術(shù)的新型整流器—PWM 整流器倍受關(guān)注。這種整流器克服了傳統整流器輸入電流諧波含量高,功率因數低的缺點(diǎn),可獲得可控的升壓型AC/DC 變換性能,實(shí)現網(wǎng)側單位功率因數和正弦波電流控制及電能的雙向傳輸,實(shí)現PWM 整流器三相電壓和電流的解耦控制,是近年來(lái)學(xué)術(shù)界關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。對于多變量、非線(xiàn)性、強耦合的控制對象,諸多文獻提出了多種不同的解耦控制策略,其中利用旋轉坐標變換方法的矢量控制,是一種比較成功的解耦控制策略,但矢量變換后仍存在有功電流分量和無(wú)功電流分量之間交義耦合電勢的作用。
三相電壓型PWM 整流器拓撲結構如下。
多變量解耦控制隨著(zhù)被控系統越來(lái)越復雜,多變量系統應用越來(lái)越多,多個(gè)變量之間相互關(guān)聯(lián),即耦合,傳統的單變量控制系統設計方法顯然無(wú)法滿(mǎn)足要求,工程中常引入多變量的解耦設計。在工程實(shí)際中,往往由于算法太復雜而難以實(shí)現較好的解耦, 因而,尋求簡(jiǎn)單易行的有效解耦方法是目前普通關(guān)注的問(wèn)題,同時(shí),將各種解耦方法有效融合也是實(shí)現解耦的好途徑。本章將對多變量的各種解耦方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹和比較。近而找出方便易行的解偶方法。
3.1 傳統解耦控制
3.1.1 前饋解耦
以PWM 整流器為例介紹前饋解耦方法,由圖2 可知d 軸和q 軸分量間存在交叉耦合,使得兩分量不能獨立調節。前饋補償即在輸入給定電壓中補償系統產(chǎn)生的耦合電動(dòng)勢,以消除輸入交流電流交叉耦合影響,前饋解耦控制原理。
3.1.2 對角矩陣解偶法
在PWM 整流器中,對角矩陣的主對角線(xiàn)元素為PWM 整流器的d 軸和q 軸上的傳遞函數。
3.1.3 反饋解耦法為了克服上述解耦方法的缺點(diǎn),可將解耦電壓項中的給定電流*和換成實(shí)際電流和q來(lái)實(shí)現解耦,即反饋解耦。反饋解耦的去耦項為和。以PI1、PI2 i為核心組成電流分量的兩個(gè)控制閉環(huán),這將有助于電流的動(dòng)態(tài)響應。
3.3 智能解耦控制
3.3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )解耦法
智能解耦方法以神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò )解耦方法為代表。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )可實(shí)現多輸入到多輸出的映射,以任意精度逼近任意函數,并具有自學(xué)習功能,因此適用于時(shí)變、非線(xiàn)性、特性未知的對象。目前,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )解耦在非線(xiàn)性系統中的應用已有了一些研究成果,但更多的解耦策略帶有嘗試性,通常依靠大量仿真實(shí)驗來(lái)研究。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )解耦控制系統的結構通常采用以下三種形式:
。1)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )解耦補償器置于被控制對象與控制器之間;
。2)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )解耦補償器置于控制器之前;
。3)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )解耦補償器置于反饋回路。
以上解耦方法在理論上是成立的,但是在實(shí)際的控制系統中應用難度很大,其主要問(wèn)題是解耦器的設計依賴(lài)被控對象的數學(xué)模型,要求被控對象的數學(xué)模型已知且為線(xiàn)性時(shí)不變。
多變量的控制系統,由于回路之間的耦合,數學(xué)模型就比較復雜,且參數的測量和計算就比較復雜,這樣則導致解耦器和控制器無(wú)法設計。為了克服解耦效果依賴(lài)于被控對象準確數學(xué)模型的不足,可尋求一些對模型精度要求不高的智能解耦方法。內?刂(IMC internal modelcontrol)不過(guò)分依賴(lài)于被控對象的準確數學(xué)模型,對模型精度要求低,工程上容易實(shí)現,是一種先進(jìn)控制技術(shù)。
4 多變量系統的內模解耦控制
4.1 多變量?jì)饶?刂频幕窘Y構
所謂內?刂,其設計思路就是將對象模型與實(shí)際對象相并聯(lián),控制器逼近模型的動(dòng)態(tài)逆,內?刂破魅槟P妥钚∠嗖糠值哪,并通過(guò)附加低通濾波器以增強系統的魯棒性,其基本結構圖。
4.2 三相電壓型PWM 整流器的內模解耦控制 內模解耦控制作用采用電流內模解耦控制,可有效抑制干擾及模型失配對輸出的影響,并增強系統對給定信號的跟蹤能力。
可見(jiàn),基于內?刂频腜WM 整流器,當模型數和實(shí)際模型失配時(shí),對階躍輸入和常值干擾不存在穩態(tài)偏差。
5 對三相電壓型PWM 整流器解耦控制的仿真分析
在反饋解耦控制中,解耦式中用實(shí)際d軸電流d 和q軸電流來(lái)計算去耦電壓,當且僅i q i當PWM整流器參數估計準確時(shí),耦合電壓才能消除,否則存在耦合,且耦合程度取決于PWM整流器參數估計誤差。而內模解耦控制原理分析表明:PWM整流器的參數的變化對定子電流的解耦效果影響不大。為了進(jìn)一步驗證上述結論,下面對其進(jìn)行計算機仿真分析比較。仿真所用的PWM整流器參數為:電阻R(s) = 0.435Ω,L = 71.3mH ,ωL = 7.423。
6 結論
本文首先介紹了多變量系統的各種特點(diǎn)以及其耦合特性并在其基礎上對PWM 整流器進(jìn)行了解耦分析;诟袘妱(dòng)機定子電流解耦控制思想,提出了三相電壓型PWM 整流器電流內模解耦控制策略,給出了內模解耦控制器的設計及實(shí)現方案,并進(jìn)行了仿真實(shí)驗。通過(guò)把內模解耦控制與反饋解耦控制的仿真結果進(jìn)行了對比,可以看出:在參數一致時(shí),兩種控制方法都能對系統進(jìn)行有效解耦,但內?刂票确答伣怦羁刂茝同F效果更好。當參數不一致時(shí),反饋解耦控制失去了解耦的性能,但內?刂迫匀豢蓪ο到y進(jìn)行解耦。輸出信號復現輸入的性能與λ 取值有關(guān),λ 在一定范圍內越大,復現效果越好。了解組合樓板的縱向抗剪。
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