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基于优化ADRC的双级矩阵变换器闭环控制策略研究

作　者: 杨钰
导　师: 邓文浪
学　校: 湘潭大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 双级矩阵变换器自抗扰控制器遗传算法参数调整
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

论文以应用于双级矩阵变换器闭环控制系统中的自抗扰控制器为研究对象,针对自抗扰控制器参数整定困难的问题,基于自适应遗传算法进行了自抗扰控制器的优化设计,并对其控制效果进行了仿真验证。自抗扰控制是20世纪90年代由我国著名控制论学者韩京清教授在PID控制的基础上提出的一种非线性控制方法。它继承了传统PID控制器不依赖被控对象精确模型的优点,克服了PID控制器快速性与超调之间的矛盾,具有较好的适应性和鲁棒性。自抗扰控制器通过对模型不确定因素和外扰进行补偿,使得控制系统对外扰和不确定因素均有很好的适应能力,它能够有效控制多种工业上较为难控的对象,并表现出极强的鲁棒性和抗干扰性。但是自抗扰控制器参数较多,且对于不同的控制系统,起主要作用的参数也不尽相同,若采用手动方式对其进行调节,工作量大,耗时长。因此本文利用遗传算法对自抗扰控制器的参数进行寻优整定。针对传统遗传算法存在的收敛速度慢、不成熟收敛及迭代次数多等不足,本文采用了自适应遗传算法以加快参数寻优速度,改善寻优质量。将遗传算法优化的自抗扰控制器运用到双级矩阵变换器输出电压的闭环控制中,取得了良好的仿真效果,验证了该算法的可行性和有效性。论文首先介绍了双级矩阵变换器的拓扑结构及其空间矢量调制策略,并且建立了双级矩阵变换器闭环控制对象的数学模型。通过仿真平台,验证了空间矢量调制策略的正确性和对双级矩阵变换器进行闭环控制的必要性。然后分析了自抗扰控制器各组成部分的结构和功能,并且总结出参数整定过程中的一些规律。建立了基于自抗扰控制器的双级矩阵变换器闭环控制系统模型。在介绍了遗传算法基本原理的基础上,针对简单遗传算法中局部空间搜索能力差,个体多样性减少快等不足,提出了利用改进的自适应遗传算法,对自抗扰控制器的参数进行优化整定。结合自适应遗传算法和自抗扰控制器的特点,研究了自抗扰控制器的优化设计方法。最后,基于Matlab/Simulink软件环境建立了系统仿真模型,对优化的ADRC在双级矩阵变换器闭环控制系统中的应用进行了实例仿真。仿真结果表明:基于ADRC的闭环控制能够使TSMC对电网电压波动及负载突变具有良好的动态响应性能,在输入输出不平衡等运行条件下也能保证系统的稳态输出性能。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-15
  1.1 课题来源  8
  1.2 双级矩阵变换器  8-10
    1.2.1 双级矩阵变换器的发展现状  8-9
    1.2.2 双级矩阵变换器控制策略的研究现状  9-10
  1.3 自抗扰控制技术  10-11
    1.3.1 自抗扰控制器及其特点  10-11
    1.3.2 自抗扰控制器研究现状及存在的问题  11
  1.4 遗传算法参数优化  11-14
    1.4.1 遗传算法及其特点  11-13
    1.4.2 遗传算法的应用  13
    1.4.3 自适应遗传算法  13-14
  1.5 论文的研究内容  14-15
第2章双级矩阵变换器及其控制策略  15-28
  2.1 引言  15
  2.2 双级矩阵变换器的基本原理  15-16
  2.3 双级矩阵变换器的空间矢量调制策略  16-18
    2.3.1 整流级的空间矢量调制原理  16-17
    2.3.2 逆变级的空间矢量调制  17-18
    2.3.3 两级开关的协调控制  18
  2.4 基于双空间矢量调制策略的低频开关函数  18-22
  2.5 双空间矢量调制开环仿真波形  22-24
  2.6 双级矩阵变换器闭环控制对象的数学模型  24-27
  2.7 本章小结  27-28
第3章自抗扰控制器  28-43
  3.1 引言  28
  3.2 自抗扰控制器组成  28-33
    3.2.1 跟踪微分器（TD）  29-30
    3.2.2 扩张状态观测器（ESO）  30-32
    3.2.3 非线性反馈控制律（NLSEF）  32-33
  3.3 自抗扰控制器的参数整定原则  33-37
    3.3.1 跟踪微分器TD  33-34
    3.3.2 扩张状态观测器ESO  34
    3.3.3 非线性控制律NLSEF  34-35
    3.3.4 参数仿真分析  35-37
  3.4 自抗扰控制器的稳定性分析  37-39
  3.5 基于ADRC 的双级矩阵变换器闭环控制系统  39-42
    3.5.1 闭环控制系统框图  39
    3.5.2 闭环控制系统仿真  39-42
  3.6 本章小结  42-43
第4章基于优化ADRC 的双级矩阵变换器闭环控制  43-59
  4.1 引言  43
  4.2 遗传算法  43-48
    4.2.1 遗传算法基本思想  43-44
    4.2.2 遗传算法基本原理与方法  44-48
  4.3 简单遗传算法及其改进方法  48-49
  4.4 自适应遗传算法及其改进  49-51
    4.4.1 自适应遗传算法  49
    4.4.2 自适应遗传算法的改进  49-51
  4.5 基于优化ADRC 的TSMC 闭环控制  51-57
    4.5.1 基于自适应遗传算法的ADRC 参数整定  51-53
    4.5.2 优化ADRC 的仿真研究  53-55
    4.5.3 基于优化ADRC 的双级矩阵变换器闭环控制  55-57
  4.6 本章小结  57-59
总结与展望  59-60
参考文献  60-63
致谢  63-64
攻读硕士学位期间所发表的学术论文与研究成果  64

基于优化ADRC的双级矩阵变换器闭环控制策略研究

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