[发明专利]一种基于变摄动扩张观测器的逆变器自适应控制方法

说明书

本发明涉及逆变器控制技术领域，公开了一种基于变摄动扩张观测器的逆变器自适应控制方法，该逆变器结构包括直流源、三相全桥拓扑结构、LC滤波器、负载、基于变摄动扩张观测器的自适应控制器、SVPWM调制模块。所述控制器包括变摄动扩张观测器、辅助模型、等效控制、滑模面、超螺旋算法。本发明将负载电流视为干扰信号，并作为扩张变量纳入系统建模，既不需要干扰的精确数学模型，而且对各类负载具有自适应能力；还提出了引入变摄动参数的方法避免了高增益系统的峰值现象，进一步设计基于超螺旋算法的自适应控制律缓解系统抖振，提高了系统的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及逆变器控制技术领域，具体涉及一种基于变摄动扩张观测器的逆变器自适应控制方法。

背景技术

逆变器是实现将输入侧的直流电转换为交流电输出的电力电子变换器，简称DC/AC变换器。随着世界工业领域电气化程度不断提高，逆变器作为核心部件被广泛应用于各种设备中，但是逆变器工作环境中时常存在大量的非线性干扰，导致输出波形质量恶化引起系统不稳定，主要体现在较高的总谐波失真率(THD)和较大的稳态误差上。造成这种电压畸变的主要原因是在工作中不可避免的需要投切各类负载，使系统建模存在不确定性误差以及扰动，最终导致系统震荡。

扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)的实现是一个动态过程，它只用了原对象的输入输出信息，没有用到描述对象传递关系的函数信息。作为一类实用的扰动观测器，借助状态观测器的思想把能够影响被控输出的扰动作用扩张成新的状态变量，用特殊的反馈机制来建立能够被观测的状态。通过观测该状态估计出扰动对输出的影响，从而便于设计相应的补偿措施来弥补控制器的跟踪精度。扩张观测器具有不依赖于生成扰动的具体数学模型，也不需要直接测量其作用等等优点，但其高增益特性也使得系统输出信号存在较高峰值的现象，导致系统在运行初始时刻附近输出严重超调。

滑动模态控制(Sliding Mode Control,SMC)本质上是一类特殊的非线性控制，其非线性表现为控制的不连续；这种控制策略与其他的控制不同之处在于系统的“结构”并不固定，而是可以在动态过程中，根据系统当前的状态有目的地不断变化，迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动。由于滑动模态可以进行设计且与对象参数及扰动无关，这就使得系统具有快速响应、抗干扰能力强、物理实现简单等优点。该方法的缺点在于当状态轨迹到达滑模面后，难以严格地沿着滑模面向着平衡点滑动，而是在滑模面两侧来回穿越，从而产生抖振。在实际应用中，这种高频抖振在理论上容易激发系统的未建模特性，从而影响系统的控制性能。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于变摄动扩张观测器的逆变器自适应控制方法，将扩张状态观测器应用于逆变系统中，使系统对不同负载具有自适应能力，同时也削弱了负载电流对系统输出的干扰，进一步选取非线性的变摄动参数减小扩张观测器使变量迅速收敛时所产生的超调，最终采用超螺旋算法设计滑动模态控制的自适应控制律缓解系统抖振，维持输出电压稳定。

技术方案：本发明提供了一种基于变摄动扩张观测器的逆变器自适应控制方法，该逆变器结构包括直流源、三相全桥拓扑结构、LC滤波器、负载、基于变摄动扩张观测器的自适应控制器、SVPWM调制模块，所述基于变摄动扩张观测器的自适应控制器自适应控制包括如下步骤：

S1：构建三相逆变器数学模型，所述三相逆变器包括直流源、与直流源连接的三相全桥拓扑结构、LC滤波器以及负载；

S2：建立变摄动扩张观测器，首先根据状态变量建立扩张观测器，并设计摄动参数ε，设计出变摄动扩张观测器；所述变摄动扩张观测器将负载电流项作为被扩张的新状态变量x₃，得到输出电压观测值、电感电流观测值、负载电流项观测值

S3：设计滑模面，根据所设计的滑模面且以观测值作为辅助模型的输入端，通过观测值计算出辅助模型

S4：在所述滑模面基础上结合辅助模型设计等效控制，并确定等效控制律