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1、(10)申请公布号 CN 103812368 A(43)申请公布日 2014.05.21CN103812368A(21)申请号 201310724581.9(22)申请日 2013.12.24H02M 7/48(2007.01)H02M 7/5387(2007.01)G05B 11/32(2006.01)(71)申请人浙江工业大学地址 310014 浙江省杭州市下城区潮王路18号(72)发明人孙明轩 胡轶 邬玲伟 毕宏博管海娃(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司 33200代理人杜军(54) 发明名称用于逆变器的四分之一周期重复控制器(57) 摘要本发明公开了一种用于逆变器的四分之一
2、周期重复控制器。现有重复控制技术对周期性外部激励信号可实现完全跟踪或抑制，需保存前一整个周期的控制与输出信号。本发明包括给定环节、周期反馈环节、信号变换模块以及减/加法环。给定环节产生周期对称的参考信号；构造周期反馈环节；依据吸引律方法,构造信号转换模块，其输出信号用于重复控制器的修正量；继而计算出重复控制器的输出信号作为被控对象的输入。具体的控制器参数整定工作可依据表征系统收敛性能指标进行，且提供了表征跟踪误差收敛过程的单调减区域、绝对吸引层和稳态误差带边界。本发明是一种能有效抑制对称性信号干扰、提高控制精度、并大大减少内存占用的1/4周期重复控制器。(51)Int.Cl.权利要求书6页 说
3、明书17页 附图7页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书6页 说明书17页 附图7页(10)申请公布号 CN 103812368 ACN 103812368 A1/6页21.用于逆变器的四分之一周期重复控制器，尤其适用于逆变器，及工业场合中的周期运行过程，其特征在于：(1)给定参考信号r(t)，该参考信号具有1/4周期对称特性p1.且tN/4；p2.且tN/4；其中，N为参考信号周期；r0(t)为信号的初始值，即周期信号第一个1/4周期的值，在区间tN/4上恒取零值；根据具体情况判断当前时刻处在一个周期中的具体位置，然后依据1/4周期对称特性，判断这里的“”是取“
4、+”还是取“-”；所述逆变器的参考信号为正弦信号，当tN/4，其1/4周期对称特性为(2)构造连续吸引律其中，e(t)r(t)-y(t)表示跟踪误差，0,0,01；式(4)是有限时间吸引律，其到达时间为吸引律(4)的离散化形式为权 利 要 求 书CN 103812368 A2/6页3其中，01,0,01；(3)加入干扰抑制项，建立离散吸引律其中，等效扰动w(t+1)为系统扰动项，d*(t+1)为等效扰动的补偿，用于抑制干扰信号d(t+1)的影响；(4)依据参考信号周期对称性的1/4周期重复控制器(a)1/4周期重复控制器的周期反馈环节：对于情形p1且tN/4；对于情形p2且tN/4；其中，u(
5、t)是重复控制器的输出信号，v(t)是周期反馈环节的输入信号，经e/v信号转换环节得到；针对系统具体模型，依据吸引律方法，可以得到e/v信号的转换方式；(b)逆变器用重复控制器的周期反馈环节为(5)给出e/v变换环节的具体v(t)表达式为：对于情形p1权 利 要 求 书CN 103812368 A3/6页4对于情形p2对于逆变器的参考信号为正弦信号权 利 要 求 书CN 103812368 A4/6页5其中，z(t)r(t+1)+a1y(t)+a2y(t-1)-b2u(t-1)，这里的z(t)是针对逆变器动态特性模型给出的：y(t+1)+a1y(t)+a2y(t-1)b1u(t)+b2u(t-
6、1)+w(t+1) (14)y(t)表示t时刻输出，u(t)表示t时刻控制量；a1,a2,b1,b2为系统参数；w(t+1)表示扰动。2.如权利要求1所述的控制器，其特征在于：该控制器的性能通过以下表征收敛过程的指标加以衡量，包括单调减区域，绝对吸引层和稳态误差带，具体定义如下：单调减区域MDR绝对吸引层AAL稳态误差带SSE由所述的离散吸引律，确定1/4周期重复控制器的单调减区域边界MDR，绝对吸引层边界AAL，稳态误差带边界SSE，其具体表达式如下：(1)单调减区域MDRmaxMDR1,MDR2 (18)式中，MDR1，MDR2为正实数，且满足权 利 要 求 书CN 103812368 A
7、5/6页6(2)绝对吸引层AALmaxAAL1,AAL2 (20)式中，AAL1，AAL2为正实数，可由下式确定(3)稳态误差带SSE的具体取值可依据AAL来确定a.当AAL时SSEmaxSSE1, (22)其中SSE1是方程最大正实数解b.当0AAL时SSEmaxSSE2,SSE3 (23)其中SSE2,SSE3，分别的最大实数解；为方程实数解。3.如权利要求1所述的控制器，其特征在于：该控制器的可调整参数包括,；参数整定可依据表征收敛过程的指标进行。4.如权利要求1或2所述的控制器，其特征在于：参考信号满足r(t)r(t-N)+r0(t)，具有整周期对称特性；该重复控制器也适用于整周期重复
8、控制，这时的等效扰动为d(t+1)w(t+1)-w(t+1-N)；整周期重复控制器为权 利 要 求 书CN 103812368 A6/6页75.如权利要求1或2所述的控制器，其特征在于：参考信号满足r(t)r(t-1)+r0(t)；该重复控制器也适用于常值调节问题，这时的等效扰动为d(t)w(t)-w(t-1)；常值调节控制器为权 利 要 求 书CN 103812368 A1/17页8用于逆变器的四分之一周期重复控制器 技术领域0001 本发明属于重复控制技术领域，尤其是一种用于逆变器的四分之一周期重复控制器。 背景技术0002 重复控制是基于内模原理的一种控制方法。内模原理的本质是将系统外部
9、信号动态模型(即为内模)植入控制系统内，以此构成高精度的反馈控制系统，使系统能够无静差地跟随输入信号。依照内模原理设计重复控制器，需将周期信号的产生多项式置入闭环系统中，形成一个周期延迟反馈环节。无论输入信号波形如何，只要是以基波周期重复出现，控制器输出对输入信号逐周期累加，起到完全抑制周期性干扰的作用。目前的重复控制技术集中于基于内模原理的频域设计。为实现关于外部周期信号沿整个周期的完全跟踪/抑制，内模原理要求系统内部包含相同周期信号的实现机制。实现方式有两种：一种是纯时滞环节位于前项通道；另一种是位于反馈通道。含纯时滞环节的反馈系统可产生任意周期信号，信号的周期由滞后时间常数确定，构成的闭
10、环系统是无穷维，它在虚轴有无穷多个极点。对于相对阶为零的系统(对象传函为真)，重复控制可使闭环系统指数稳定，但对于严格真系统，闭环系统不可能做到指数稳定。这样，欲实现受控系统跟踪任意周期信号(跟踪任意高频成分)，需要对系统结构提出非常严格的要求。通常放弃对参考输入高频成分的跟踪，仅保证低频频段上的稳态误差要求。一种做法是在纯时滞环节前设置低通滤波器，截去剪切频率以上的高频成分。 0003 当采用离散时滞内模时，闭环系统为有限维。通常，稳定的最小相位系统可采用零极对消的前馈补偿设计，稳定的非最小相位系统可采用零相位补偿。以零相位误差跟踪控制(ZPETC)方法设计重复控制器，其稳定性容易判断，仅取
11、决于重复控制器增益的选取。零相位补偿可对消不稳定零点引入的相移，但不能使得对消后增益为1。增益的不完全对消会影响高频分量的跟踪性能，需进一步采取措施消除其影响。 0004 离散重复控制需构造周期为N的任意周期信号内模。周期为N的对称信号的产生机制为 0005 0006 这里，q-1为一步后移算子，即对于信号f(t)，有q-1f(t)f(t-1)；x(t)为该机制产生的周期信号，x0(t)为信号的初始值，即周期信号x(t)第一个周期的值。我们称1-q-N为产生多项式。式(1)所表示的周期信号产生机制如图1所示。依据以上周期信号的产生方式，我们可以构造周期反馈环节 0007 0008 这里，v(t
12、),u(t)分别为控制器的输入和输出信号，u(t)又称为控制信号。重复控制器包含周期反馈环节和e/v信号变换环节两部分，e/v信号变换环节可写为v(t)说 明 书CN 103812368 A2/17页9f(e(t)。式(2)所表示的周期反馈环节如图2所示。这样，式(2)又可写成 0009 u(t)u(t-N)+v(e(t-N) (3) 0010 由式(3)可以看出，实现重复控制器时，需存储u(t-N)及e(t-N)整个周期的数据。 0011 引起人们兴趣的是时滞内模的有限阶近似或有限阶内模。例如，连续内模的有限维近似、拟前馈方法(PFF)以有限阶多项式建模带限干扰、梳状滤波器被用作离散时滞内模
13、。更简单的情形是，针对正弦信号的跟踪/抑制问题，只构造正弦内模便可达目的。减少控制器的内存需求是实时控制要解决的一个重要问题。Ramon等设计的奇次谐波重复控制器有效利用信号的半周期对称性，在频域中推导出半周期对称信号的产生器。采用这种产生器使得内存占用量减小了一半。由于其仅仅考虑频域因素，而信号对称性往往以时域刻画，因此，对于更为复杂的对称性信号并不能进行有效处理，导致存在内存占用量仍然较大的技术缺陷。 发明内容0012 为了克服已有整周期重复控制器以及半周期重复控制器不能有效处理更为复杂的对称性信号、内存占用量较大的不足，本发明提供一种用于逆变器的四分之一周期重复控制器，以便有效处理更为复
14、杂的对称信号，显著减少内存占用空间。 0013 本发明采用的技术方案是： 0014 用于逆变器的四分之一周期重复控制器，设定具有1/4周期对称性的参考信号r(t)，存在如下两种对称情况 0015 p1.0016 且tN/4；或 0017 p2.0018 且tN/4，其中， 0019 0020 N为参考信号周期；r0(t)为信号的初始值，即周期信号第一个1/4周期的值，在区间tN/4上恒取零值。这里，需根据具体情况判断当前时刻处在一个周期中的具体位置，然后依据1/4周期对称特性，判断这里的“”是取“+”还是取“-”。 0021 设定1/4周期反馈环节，对于不同情况，重复控制器的一般结构可分别表达
15、为：对说 明 书CN 103812368 A3/17页10于情形p1， 0022 0023 且tN/4；对于情形p2， 0024 0025 且tN/4，其中，u(t)是重复控制器的输出信号，v(t)是周期反馈环节的输入信号，经e/v信号转换环节得到。针对系统具体模型，依据吸引律方法，可以得到e/v信号的转换方式。 0026 进一步地，所述参考信号为正弦信号，当tN/4，其1/4周期对称特性为 0027 0028 根据正弦信号的对称特性，当tN/4，重复控制器的周期反馈环节为 0029 0030 构造下述连续吸引律 0031 0032 其中，10,0,01；e(t)为跟踪误差信号。式(10)是有限时间吸引律，其到达时间为 0033 0034 连续吸引律(10)的离散化形式为 说 明 书CN 103812368 A104/17页110035 0036 其中，01,0,01。为了提高系统抗周期干扰的能力，可将离散吸引律(12)修正为 0037 0038 其中，对于情形p1，；对于情形p2， d(t+1)为等效扰动，d*(t+1)为等效扰动的补偿信号；w(t+1)为系统扰动项。 0039 逆变器动
