非線性控制理論在有源濾波技術(shù)中的應(yīng)用

作者：時(shí)間：2012-03-17 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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　無(wú)源性控制方法是一種非線性反饋控制策略，其基本思想是通過(guò)配置系統(tǒng)能量耗散特性方程中的無(wú)功分量“無(wú)功力”，迫使系統(tǒng)總能量來(lái)跟蹤預(yù)期的能量函數(shù)，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并使得系統(tǒng)的狀態(tài)變量漸近地收斂到設(shè)定值，這也意味著被控對(duì)象的輸出漸近地收斂到期望值。系統(tǒng)無(wú)源可以保持系統(tǒng)的內(nèi)部穩(wěn)定。對(duì)于存在干擾的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，為了使得系統(tǒng)內(nèi)部穩(wěn)定，可以依靠無(wú)源理論來(lái)構(gòu)造反饋控制器，使得相應(yīng)的閉環(huán)系統(tǒng)無(wú)源而保持內(nèi)部穩(wěn)定。這是無(wú)源性控制優(yōu)點(diǎn)。有源濾波技術(shù)中應(yīng)用無(wú)源控制技術(shù)，目的是要使得有源濾波器能夠耗散（減弱）由負(fù)載畸變引起的諧波，減小線電流和負(fù)載電壓諧波。

　　文獻(xiàn)[9]利用無(wú)源理論分別控制并聯(lián)和串聯(lián)型有源濾波器，均得到良好的運(yùn)行性能。無(wú)源控制律的得到是通過(guò)建立一個(gè)預(yù)期的目標(biāo)系統(tǒng)，并加入抵抗力元素來(lái)配置系統(tǒng)能量耗散方城中的無(wú)功分量，迫使系統(tǒng)總能量來(lái)跟蹤預(yù)期的能量函數(shù)，從而使系統(tǒng)能夠達(dá)到諧波補(bǔ)償和直流電容側(cè)電壓穩(wěn)定的目的。文獻(xiàn)[10]介紹的無(wú)源控制方法是基于時(shí)域描述的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型，和傳統(tǒng)的補(bǔ)償策略（負(fù)載電流和線電流檢測(cè)方法）比較，該方法在線電壓和負(fù)載擾動(dòng)的情況下能夠保證全局穩(wěn)定性，充分顯示了無(wú)源控制策略的優(yōu)點(diǎn)。文獻(xiàn)[11]中的無(wú)源控制是基于有源濾波器的平均建模，對(duì)電壓檢測(cè)環(huán)進(jìn)行控制，使得正序、負(fù)序和零序電流的特定諧波得到一定程度的補(bǔ)償和衰減，控制效果顯著。文獻(xiàn)[12]中介紹的基于DSP的三相串聯(lián)型有源濾波器的無(wú)源控制也能得到良好的性能。

5　非線性自適應(yīng)控制

　　自適應(yīng)控制的目標(biāo)是使控制系統(tǒng)對(duì)過(guò)程參數(shù)的變化，以及對(duì)未建模部分的動(dòng)態(tài)過(guò)程不敏感，當(dāng)過(guò)程動(dòng)態(tài)變化時(shí)，自適應(yīng)控制系統(tǒng)試圖感受這一變化并實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)控制器參數(shù)或控制策略。實(shí)際的有源濾波裝置在運(yùn)行過(guò)程中必然受到負(fù)載擾動(dòng)及其它環(huán)境因素變化的影響，如果采用常規(guī)的控制器，以一組不變的控制器參數(shù)去應(yīng)付各種變化顯然難以取得滿意的結(jié)果。自適應(yīng)控制方法可以在線辨識(shí)系統(tǒng)模型，然后根據(jù)系統(tǒng)模型和控制指標(biāo)及時(shí)整定控制器參數(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度控制。
自適應(yīng)控制方法在有源電力濾波技術(shù)的諧波電流檢測(cè)中取得了一定得成果。文獻(xiàn) [13]中提出了基于自適應(yīng)干擾抵消原理的自適應(yīng)閉環(huán)檢測(cè)法，并在文獻(xiàn)[14]中得到了應(yīng)用。該方法是將電壓作為參考輸入，負(fù)載電流作為原始輸入，從負(fù)載電流中消去與電壓波形相同的有功分量，得到需要補(bǔ)償?shù)闹C波和無(wú)功分量。該自適應(yīng)檢測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)是電壓波形畸變情況下也具有較好的自適應(yīng)能力，缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度較慢。文獻(xiàn)[15]中對(duì)檢測(cè)環(huán)節(jié)的精度和動(dòng)態(tài)特性之間的矛盾關(guān)系作出了闡述，指出適當(dāng)?shù)剡x擇比例系數(shù)K，可以使自適應(yīng)檢測(cè)法有較高的檢測(cè)精度。但是，其檢測(cè)精度的提高是以犧牲其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性為代價(jià)的。在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[16]提出一種基于神經(jīng)元的自適應(yīng)諧波電流檢測(cè)法，根據(jù)單個(gè)神經(jīng)元的基本特點(diǎn)，結(jié)合信號(hào)處理中地自適應(yīng)噪聲對(duì)消技術(shù)，把單個(gè)神經(jīng)元用于電力有源濾波器地諧波電流檢測(cè)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，算法容易，便于實(shí)現(xiàn)，并且該方法能過(guò)在線檢測(cè)非線性負(fù)載中的諧波電流，負(fù)載發(fā)生變化時(shí)還能跟蹤檢測(cè)，具有較高的檢測(cè)精度。

　　采用自適應(yīng)控制技術(shù)能夠有效地解決模型不精確和模型變化所帶來(lái)的魯棒性問(wèn)題，但是由于它需要復(fù)雜的在線計(jì)算和遞推估計(jì)，只是適合于一些漸變和實(shí)時(shí)性不高的過(guò)程；同時(shí)由于跟蹤誤差的解耦問(wèn)題，其在多輸出系統(tǒng)中的應(yīng)用并沒(méi)有一般性結(jié)論，這些都限制了自適應(yīng)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用 .

6　非線性魯棒控制

　　非線性

設(shè)計(jì)目標(biāo)是盡量減小輸入信號(hào)的最大增益，從而將不確定信號(hào)對(duì)系統(tǒng)輸出的影響限制在需要的范圍以內(nèi)。非線性系統(tǒng)的

控制有兩種思路：一種是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行線性化，在此基礎(chǔ)上估計(jì)出仍然存在的非線性項(xiàng)的上界，將它們作為不確定項(xiàng)處理，采用線性

方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，另外一種思路以減小閉環(huán)系統(tǒng)的增益作為設(shè)計(jì)目標(biāo)。針對(duì)非線性系統(tǒng)，該方面的結(jié)論集中在仿射非線性系統(tǒng)方面，其設(shè)計(jì)可以歸結(jié)為HJI(Hamilton Jaccobi Issacs)方程的求解問(wèn)題. 控制理論是分析和設(shè)計(jì)不確定系統(tǒng)的有利工具，目前主要還是應(yīng)用于線性系統(tǒng)和仿射非線性系統(tǒng)。

　　由于有源濾波裝置在實(shí)際運(yùn)行時(shí)會(huì)受到各種不確定性的影響，因此可通過(guò)對(duì)其確定性模型引入干擾，得到非線性二階魯棒模型。對(duì)此非線性模型，既可應(yīng)用反饋線性化方法使之局部線性化，再利用所用線性系統(tǒng)的控制規(guī)律進(jìn)行控制；也可以直接采用

魯棒控制理論設(shè)計(jì)控制器，利用其自身優(yōu)勢(shì)，使系統(tǒng)具有很好的魯棒性。

　　文獻(xiàn)[17]把

控制應(yīng)用于并聯(lián)型APF中，其控制思想是基于文獻(xiàn)[18]的闡述：即諧波衰減比諧波消除更具有實(shí)際意義，況且諧波消除需要多維濾波器，使控制系統(tǒng)變得復(fù)雜。此控制系統(tǒng)通過(guò)建立一個(gè)粗略的數(shù)學(xué)模型和一個(gè)諧波衰減函數(shù)，定義了所需的各種函數(shù)(包括干擾對(duì)電網(wǎng)電流即靈敏度函數(shù)，負(fù)載電流對(duì)補(bǔ)償電流，干擾對(duì)控制輸入，負(fù)載電流對(duì)控制輸入的函數(shù))并使之滿足一定的指標(biāo)要求，然后轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的

次優(yōu)解問(wèn)題。文中還用系統(tǒng)綜合法確定了權(quán)函數(shù)，并運(yùn)用迭代最優(yōu)算法計(jì)算其參數(shù)，這樣就得到一個(gè)18階的調(diào)節(jié)器，仿真結(jié)果良好?？梢钥闯龃丝刂撇煌谄渌目刂品椒?，在不需要諧波預(yù)測(cè)和基波分離的情況下，可以獨(dú)立的消除各次諧波。

　

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