重復(fù)控制在有源電力濾波器中的應(yīng)用_圖文

1、浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院碩士學(xué)位論文重復(fù)控制在有源電力濾波器中的應(yīng)用姓名：宋沖申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專(zhuān)業(yè)：電力電子與電力傳動(dòng)指導(dǎo)教師：陳國(guó)柱20080501摘要隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子裝置的應(yīng)用日益廣泛。由于電力電子裝置對(duì)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)大多是非線性負(fù)載，是電網(wǎng)的主要諧波源，電網(wǎng)中的諧波電流“污染一情況變得日趨嚴(yán)重，不僅影響了供電質(zhì)量，甚至危及到了電網(wǎng)安全。為了提高電能質(zhì)量，通常采用有源電力濾波器來(lái)補(bǔ)償非線性負(fù)載的諧波電流，以減小諧波對(duì)電網(wǎng)的污染。文章概述了有源電力濾波器的發(fā)展概括，介紹了有源電力濾波器的主電路結(jié)構(gòu)和工作原理。為了使有源電力濾波器達(dá)到更好的補(bǔ)償效果，控制系統(tǒng)采用了重復(fù)控制。文章闡述了重

2、復(fù)控制的基本思想和組成結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)說(shuō)明了重復(fù)控制器各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)過(guò)程，通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了重復(fù)控制系統(tǒng)的正確性和可行性。文章介紹了數(shù)字控制系統(tǒng)的基本組成。硬件方面器件的選擇要滿足實(shí)時(shí)控制對(duì)數(shù)字控制的要求，板選好后要有適當(dāng)?shù)耐鈬娐放浜蟻?lái)進(jìn)行工作，文章介紹了外圍板電路的組成和各個(gè)部分工作原理等。完備的硬件平臺(tái)為算法的實(shí)現(xiàn)提供了保障。在控制系統(tǒng)的軟件方面，文章介紹了的編程環(huán)境，編程語(yǔ)言，程序的基本結(jié)構(gòu)等。結(jié)合流程圖詳細(xì)說(shuō)明了程序中各個(gè)部分的工作過(guò)程。從采樣，計(jì)算延時(shí)，控制對(duì)象的零階保持離散化等方面分析了數(shù)字化過(guò)程對(duì)有源電力濾波器性能的影響。把控制對(duì)象離散化，在程序中寫(xiě)成差分方程的形式，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的

3、閉環(huán)調(diào)試。這種實(shí)時(shí)的程序調(diào)試方法避免了主電路的影響，大大降低了系統(tǒng)調(diào)試的難度，節(jié)省了開(kāi)發(fā)的時(shí)間。關(guān)鍵詞：諧波，有源電力濾波器，重復(fù)控制，調(diào)試浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文，鰣，：，：，聲明尸明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含任何他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。簽名：日期：浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文電網(wǎng)諧波概述第一章緒論所謂諧波，就是在基波上疊加的其他頻率成分的波，諧波的頻率是基波的整數(shù)倍。在電力系統(tǒng)中，基波即是頻率為工頻（）的正弦波

4、，電力諧波的頻率是工頻的整數(shù)倍，其波形也是正弦波。電網(wǎng)基波疊加了諧波后，就不再是純正弦波，這樣就使得電力系統(tǒng)中的電壓、電流產(chǎn)生畸變，從而使電能質(zhì)量下降【。由于現(xiàn)代工監(jiān)中廣泛采用精密昀儀器設(shè)備、復(fù)雜的控制系統(tǒng)，加上電子設(shè)備的普遍應(yīng)用，使得電力負(fù)荷對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高。隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，大量非線性負(fù)載（如電氣化鐵道牽弓負(fù)荷、整流負(fù)載、交流不問(wèn)斷電源、變頻調(diào)速裝置等）接入電力系統(tǒng)，非線性負(fù)荷的諧波電流注入到電網(wǎng)中，造成電網(wǎng)的污染日益嚴(yán)重，電麓整體質(zhì)量進(jìn)一步惡化。諧波對(duì)電網(wǎng)的危害巨大，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的各個(gè)部分都造成很大影響。使電力系統(tǒng)的發(fā)電、供電、用電設(shè)備出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。主要表現(xiàn)為：（）對(duì)供配

5、電線路的危害，影響線路正常的穩(wěn)定運(yùn)行與電網(wǎng)質(zhì)量。當(dāng)諧波含量高達(dá)時(shí)，可能弓起電力線路的晶體管繼電器的誤動(dòng)作，導(dǎo)致繼電保護(hù)的誤動(dòng)或拒動(dòng)，諧波嚴(yán)重影響了供配電系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全運(yùn)行。（）對(duì)電力設(shè)備造成危害，諧波使變壓器的銅耗增大，其中包括電阻損耗、導(dǎo)體中的渦流損耗以及導(dǎo)體外部因漏磁通引起的雜散損耗，諧波還導(dǎo)致電力變壓器噪聲增大。諧波的存在往往使電網(wǎng)電壓呈現(xiàn)尖頂波形，電容器承受較高脈沖電壓，使其絕緣介質(zhì)加速老化，當(dāng)諧波嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)使電容器鼓肚、擊穿或爆炸。（）對(duì)用電設(shè)備的危害，主要是增加異步電動(dòng)機(jī)的附加損耗，降低效率，嚴(yán)重時(shí)使電動(dòng)機(jī)過(guò)熱，加速絕緣介質(zhì)老化，產(chǎn)生機(jī)械震動(dòng)和噪音等。對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信、有線

6、電視、報(bào)警與樓宇自動(dòng)化等弱電設(shè)備，電力系統(tǒng)中的諧波通過(guò)電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)與傳導(dǎo)方式耦合到這些系統(tǒng)中，產(chǎn)生干擾。其中電磁感應(yīng)與靜電感應(yīng)的耦合強(qiáng)度與干擾頻率成正比，傳導(dǎo)則通過(guò)公共地耦合，有大量不平衡電流流入按地極，從而干擾弱電系統(tǒng)【】?，F(xiàn)有諧波治理方法的比較解決諧波和無(wú)功功率問(wèn)題的主要思路有兩種：一是在電網(wǎng)側(cè)對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生的諧波和無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，二是對(duì)產(chǎn)生諧波的電力電子裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略加以改造，使其理論上不產(chǎn)生諧波，且具備高功率因數(shù)，如采用多重化技術(shù)，整流技術(shù)以及有源功率因數(shù)校正技術(shù)等。無(wú)源濾波技術(shù)是諧波補(bǔ)償?shù)膫鹘y(tǒng)方法，即在諧波源附近加裝若干單調(diào)諧及高通濾波支路以旁路諧波電流。無(wú)源濾波裝置（

7、）一般是由電容器、電抗器（常用空心的）和電阻器適當(dāng)組合而成，起濾波作用還兼顧無(wú)功補(bǔ)償?shù)男枰Ｔ摲椒m然具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備投資少、維護(hù)方便、運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，但由于結(jié)構(gòu)和原理上的原因，存在一些難以克服的缺點(diǎn)。最大不足是其補(bǔ)償特性易受電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)的影響，易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，使濾波器過(guò)載甚至燒毀。此外，它只能補(bǔ)償固定頻率的諧波，補(bǔ)償效果也不甚理想。為了彌補(bǔ)的小足，各國(guó)學(xué)者不斷探索新的諧波抑制手段。目前，諧波抑制的一個(gè)重要趨勢(shì)是采用有源電力濾波器（）。的發(fā)展最早可以追溯到上世紀(jì)年代末。年和發(fā)表的論文描述了通過(guò)向交流電網(wǎng)注入三次諧波電流來(lái)減少電源電流中的諧波成分，可看作是基本思想的萌芽；年，和

8、發(fā)表的論文中，首次完整的描述了基本原理，但當(dāng)時(shí)僅采用線性放大的方法產(chǎn)生補(bǔ)償電流，不實(shí)用。年，等人提出了采用控制變流器構(gòu)成的有源濾波器，確立了的概念，確立了主電路的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法。但當(dāng)時(shí)電力電子技術(shù)發(fā)展水平還不高，仍局限于實(shí)驗(yàn)研究。進(jìn)入年代，隨著電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，有源濾波器成為電力電子技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。年赤木泰文等人提出了“三相電路瞬時(shí)無(wú)功功率理論”，以此為基礎(chǔ)的諧波和無(wú)功檢測(cè)方法在中得到了成功應(yīng)用，極大地促進(jìn)了有源電力濾波器的發(fā)展。有源電力濾波器是一種電力電子裝置。其基本原理是從被補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流，然后由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等但極性相反的補(bǔ)償電流

9、，從而消除電網(wǎng)中的諧波，使之只含有基波分量。與相比，的優(yōu)點(diǎn)具體表現(xiàn)在圓：（）對(duì)各次諧波均能有效抑制，且能對(duì)頻率和幅值都在變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快；（）可同時(shí)補(bǔ)償無(wú)功功率（包括動(dòng)態(tài)無(wú)功功率）、消除負(fù)序電流、抑制閃變、調(diào)節(jié)和平衡三相不平衡電壓等；（）補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響，不會(huì)與電網(wǎng)阻抗產(chǎn)生步串并聯(lián)諧振，且對(duì)外電路的諧振具有阻尼作用；（）不存在過(guò)載問(wèn)題，當(dāng)負(fù)載諧波電流較大時(shí)，仍能繼續(xù)運(yùn)行。現(xiàn)代有源電力濾波器技術(shù)發(fā)展概況近二十年來(lái)，不同種類(lèi)的有源電力濾波器被相繼提出，有些已進(jìn)入成熟實(shí)用階段，而關(guān)于它的分類(lèi)可以從不同角度來(lái)進(jìn)行。首先可以分為兩個(gè)大類(lèi)，即直流有源電力濾波器和交流

10、有源電力濾波器。目前，主要的研究和應(yīng)用集中在交流用有源電力濾波器，直流用有源電力濾波器的研究也在逐步開(kāi)展，其典型的應(yīng)用是在高壓直流輸電領(lǐng)域、牽引交通電源系統(tǒng)的直流母線以及高精度輸出的直流電源。以下的討論均以交流有源電力濾波器為對(duì)象。按對(duì)不同的使用者和使用目的為依據(jù)，單獨(dú)用戶將安裝在非線性負(fù)載附近，補(bǔ)償諧波或電流不平衡；而電站用戶則用來(lái)補(bǔ)償電壓諧波及其不平衡，防止電流諧波在電網(wǎng)中的放大和擴(kuò)散，以提高整個(gè)電網(wǎng)的電能質(zhì)量為目的，并由供電部門(mén)統(tǒng)一規(guī)劃安裝使用。有源電力濾波器的功率電路可采用電壓源型變流器和電流源型變流器。電流源型變流器雖然可靠性高，但其損耗高且需要數(shù)值較大的電感而使得其應(yīng)用受阻。電壓源

11、型變流器由于造價(jià)低，輕便，效率高而成為絕對(duì)主流的應(yīng)用。事實(shí)上，目前，日本和歐洲等國(guó)推出的產(chǎn)品都采用了該型主電路。串聯(lián)型有源電力濾波器（）圖給出了串聯(lián)型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖串聯(lián)型結(jié)構(gòu)圖串聯(lián)型通過(guò)變壓器串接在電網(wǎng)和負(fù)載之間，主要用于補(bǔ)償可看作電壓源的諧波源，如電容濾波型整流電路。串聯(lián)型被控制為一個(gè)諧波電壓源，輸出補(bǔ)償電壓以抵消由負(fù)載產(chǎn)生的諧波電壓，使供電點(diǎn)波形為正弦波，常用來(lái)平衡三相不平衡系統(tǒng)、消除閃變、調(diào)節(jié)三相系統(tǒng)電壓等功能。值！導(dǎo)一提的是，并聯(lián)有源電力濾波器和串聯(lián)有源電力濾波器具有對(duì)偶關(guān)系。并聯(lián)型有源電力濾波器（）并聯(lián)型是最基本，也是目前應(yīng)用最廣泛的一種，其基本結(jié)構(gòu)如圖所示，通過(guò)產(chǎn)生與負(fù)載電流中的諧

12、波和無(wú)功分量大小相等、相位互差度豹補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)，使溺側(cè)電流成為與電網(wǎng)電壓同相的正弦波，從麗達(dá)到凈化電網(wǎng)的目的。因此，并聯(lián)型實(shí)質(zhì)為一個(gè)由逆變器構(gòu)成的諧波電流源（包括基波無(wú)功），不僅麓提供負(fù)載所需的諧波電流，焉且黥提供負(fù)載所需的無(wú)功電流。這種類(lèi)型的主要用于補(bǔ)償可看作電流源的諧波波源，如直流側(cè)為感性負(fù)載的整流電路。此外，并聯(lián)能夠防止無(wú)源濾波器和電爨阻抗之聞的諧振產(chǎn)生。圈并聯(lián)型結(jié)構(gòu)圖薨聯(lián)型有源電力濾波器作力中小容量場(chǎng)合的最佳選擇，它具有以下突出的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)：（）并聯(lián)有源濾波器具有豐富的功能。對(duì)獨(dú)立用戶麗畜，除了能夠提供諧波、無(wú)功和不平衡補(bǔ)償外，還能夠補(bǔ)償電壓閃變和阻止電網(wǎng)與負(fù)載之間的諧振；）不需要

13、附加保護(hù)隔離變壓器或開(kāi)關(guān)設(shè)備，連接使用最為方便，且不產(chǎn)生位移功率因數(shù)等問(wèn)題，對(duì)非線性負(fù)載無(wú)任何影響，保護(hù)容易；（）壺予被控割為一個(gè)電流源，控制器設(shè)計(jì)相對(duì)籬單；（）工作不受電網(wǎng)電壓諧波和不對(duì)稱(chēng)因素的影響；也不受電網(wǎng)阻抗的影響：（）最適合于和具有整流電路摟墨的設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)集成以滿足相關(guān)諧波標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也能夠附加其它功能；（）能夠作為標(biāo)準(zhǔn)配置直接安裝使用，而不需要針對(duì)性的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)；也能夠提供現(xiàn)有無(wú)源濾波裝置的改造和升級(jí)方案；（）具有模塊化并聯(lián)擴(kuò)容潛力，以提供大容量諧波補(bǔ)償；各模塊可以設(shè)定為全諧波補(bǔ)償或者是單次諧波補(bǔ)償：（）并聯(lián)有源濾波器能夠被安裝于配電系統(tǒng)中，以阻尼由于功率因數(shù)校正電容或者無(wú)源濾波器

14、和電網(wǎng)阻抗之間相互作用而導(dǎo)致的諧波擴(kuò)散和諧振。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和生活的飛速發(fā)展，中大功率現(xiàn)代電力電子裝置等非線性負(fù)載在工業(yè)系統(tǒng)中的大量應(yīng)用，以及中小功率電力電子裝置在民用領(lǐng)域的普及應(yīng)用，將使得對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定安全性的要求會(huì)更高。為了保證我國(guó)電力工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，電力生產(chǎn)應(yīng)符合穩(wěn)定、電壓波動(dòng)小、高功率因數(shù)、低諧波和畸變的要求。同時(shí)，隨著信息技術(shù)向縱身發(fā)展，大量高新技術(shù)裝備和信息設(shè)備在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)的大量應(yīng)用，例如計(jì)算機(jī)控制和微電子制造，需要愈來(lái)愈高的電能質(zhì)量。因此，優(yōu)先解決諧波問(wèn)題，提高電力系統(tǒng)質(zhì)量已經(jīng)成為重要課題。毫無(wú)疑問(wèn)，基于基層開(kāi)始，即諧波源就近解決將是諧波問(wèn)題解決的關(guān)鍵。對(duì)于獨(dú)立用戶而言，例如

15、：工廠、大型公共建筑（商場(chǎng)、賓館、現(xiàn)代辦公樓宇、小區(qū)等）、電信金融政府等重要部門(mén)，等等，可以極其方便地使用并聯(lián)有源電力濾波器進(jìn)行自身的諧波治理，既保證本單位的用電質(zhì)量要求，也滿足電力系統(tǒng)相關(guān)規(guī)定，這將成為未來(lái)可以預(yù)見(jiàn)的主要方式之一。并聯(lián)有源電力濾波器過(guò)去、現(xiàn)在和將來(lái)都將成為主流的應(yīng)用，也將占據(jù)絕對(duì)比例優(yōu)勢(shì)的市場(chǎng)。此外，隨著電力電子器件的價(jià)格走低和電力電子集成技術(shù)的提高，可以預(yù)見(jiàn)有源電力濾波器的應(yīng)用市場(chǎng)將不斷形成和擴(kuò)大【。數(shù)字控制技術(shù)發(fā)展概況控制系統(tǒng)的數(shù)字化和控制芯片的高速化、多功能化，是各種復(fù)雜、先進(jìn)的波形控制方案得以實(shí)現(xiàn)的硬件基礎(chǔ)。目前，包括逆變器在內(nèi)的各類(lèi)電力電子裝置，其控制電路都已經(jīng)或正

16、在實(shí)現(xiàn)模擬控制到數(shù)字控制的過(guò)渡，這是硬件技術(shù)上的一次深刻變革。數(shù)字控制相對(duì)于模擬控制有一系列無(wú)法比擬的優(yōu)越性【】：（）耗用元件數(shù)減少，電路簡(jiǎn)化而且通用化、標(biāo)準(zhǔn)化，使控制系統(tǒng)成本降低、可靠性提高、故障檢修更容易。（）大大緩和了困擾模擬電路的元件老化和參數(shù)漂移等問(wèn)題，系統(tǒng)長(zhǎng)期工作浙江大學(xué)碩上學(xué)位論文的穩(wěn)定性有了保障。（）可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜得多的控制算法，大大提高系統(tǒng)的性能。（）借助數(shù)字通信端口，可實(shí)現(xiàn)電力電子裝置的無(wú)人值守和計(jì)算機(jī)集中監(jiān)控。采用數(shù)字控制時(shí)，微處理器的性能在很大程度上決定整個(gè)系統(tǒng)的性能。逆變器的波形實(shí)時(shí)控制對(duì)計(jì)算速度要求很高，一般用途的微處理器往往不能滿足輸出電壓瞬時(shí)控制的要求。數(shù)字信號(hào)處

17、理器（）的出現(xiàn)為解決該問(wèn)題提供了希望。原本主要用于圖像、語(yǔ)音等高速數(shù)字信號(hào)處理，因其速度快而非常適合電力電子裝置交流波形控制。目前，美國(guó)德州儀器（）公司的系列已成為逆變器數(shù)字式波形控制的主流芯片【】。以本文采用的為例，其主要性能如下】：（）時(shí)鐘頻率（）片內(nèi)集成位和位的單口隨機(jī)存儲(chǔ)器，位的型只讀存儲(chǔ)器（）路位高速轉(zhuǎn)換器（）異步、同步串行通信接口，大量的多功能復(fù)用數(shù)字接口等。重復(fù)控制技術(shù)傳統(tǒng)的控制在恒值控制時(shí)有較好的效果，響應(yīng)速度快，可以達(dá)到對(duì)指令信號(hào)的無(wú)靜差跟蹤；但對(duì)于交變信號(hào)來(lái)說(shuō)，由于的特性，不可能做到對(duì)交變信號(hào)的無(wú)靜差跟蹤，因此，對(duì)于有源電力濾波器等控制來(lái)說(shuō)，就有些無(wú)能為力。重復(fù)控制技術(shù)利用

18、了指令信號(hào)的重復(fù)性來(lái)逐周期地修正輸出電壓，使控制系統(tǒng)既無(wú)須進(jìn)行多個(gè)變量的采樣，也不用很高的控制速度和很復(fù)雜的算法，就可以達(dá)到很高的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)?？梢哉f(shuō)，重復(fù)控制能以最低的成本滿足最大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合的性能要求，因此是構(gòu)成高性價(jià)比系統(tǒng)的首選方案【引。本課題的研究?jī)?nèi)容針對(duì)目前有源電力濾波器的控制發(fā)展?fàn)顩r，本課題的主要研究?jī)?nèi)容如下：（）第一章緒論部分概述了有源電力濾波器的發(fā)展概括，介紹了數(shù)字控制浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文的現(xiàn)狀，重復(fù)控制的特點(diǎn)等。（）第二章首先分析了有源電力濾波器的主電路結(jié)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波電流的良好的補(bǔ)償特性，系統(tǒng)采用了重復(fù)控制系統(tǒng)。詳細(xì)介紹了重復(fù)控制器各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)過(guò)程，通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了

19、重復(fù)控制系統(tǒng)的正確性和可行性。（）第三章介紹了數(shù)字控制系統(tǒng)的基本組成，實(shí)時(shí)控制對(duì)數(shù)字控制的要求，板的選擇和外圍板電路的組成和工作原理。（）第四章首先介紹了編程環(huán)境，編程語(yǔ)言，程序的基本結(jié)構(gòu)等。結(jié)合流程圖詳細(xì)說(shuō)明了程序中各個(gè)部分的流程。通過(guò)比較說(shuō)明了數(shù)字控制與模擬控制的區(qū)別，從采樣，計(jì)算延時(shí)，控制對(duì)象的零階保持離散化等方面分析了數(shù)字化過(guò)程對(duì)有源電力濾波器性能的影響。程序中把控制對(duì)象采用零階保持法離散化，寫(xiě)成差分方程的形式在中進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，這樣就可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)調(diào)試。這種實(shí)時(shí)的程序調(diào)試方法避免了主電路的影響，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)調(diào)試的難度，節(jié)省了開(kāi)發(fā)的時(shí)間，是一種簡(jiǎn)單有效的方法。浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第

20、二章有源電力濾波器重復(fù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主電路介紹并聯(lián)型是最基本，也是目前應(yīng)用最廣泛的一種，本文中采用的是基本結(jié)構(gòu)如圖所示，通過(guò)產(chǎn)生與負(fù)載電流中的諧波和無(wú)功分量大小相等、相位互差度的補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)，使網(wǎng)側(cè)電流成為與電網(wǎng)電壓同相的正弦波，從而達(dá)到凈化電網(wǎng)的目的。因此，并聯(lián)型實(shí)質(zhì)為一個(gè)由逆變器構(gòu)成的諧波電流源（包括基波無(wú)功），不僅能提供負(fù)載所需的諧波電流，而且能提供負(fù)載所需的無(wú)功電流。這種類(lèi)型的主要用于補(bǔ)償可看作電流源的諧波波源。圖有源電力濾波器（）主電路結(jié)構(gòu)圖其中為電網(wǎng)電壓，為電網(wǎng)內(nèi)電感，為整流負(fù)載輸入電感，是負(fù)載電阻，為直流母線電容。為了達(dá)到對(duì)開(kāi)關(guān)紋波的更好的吸收，逆變器輸出濾波采用濾波器，為逆

21、變器側(cè)濾波電感，為電網(wǎng)側(cè)濾波電感，為濾波電容，為阻尼電阻。的電容支路為開(kāi)關(guān)紋波電流提供通道，避免其流入電網(wǎng)，對(duì)電能質(zhì)量造成污染。的重復(fù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)重復(fù)控制的基本思想重復(fù)控制的基本思想源于控制理論中的內(nèi)模原理（）。內(nèi)模原理是把作用于系統(tǒng)的外部信號(hào)的動(dòng)力學(xué)模型植入控制器以構(gòu)成高精度反饋控制系統(tǒng)的一種設(shè)計(jì)原理。該原理指出：若要求一個(gè)反饋控制系統(tǒng)具有良好的跟蹤指令以及抵消擾動(dòng)影響的能：（穩(wěn)態(tài)時(shí)誤差趨于零），并且這種對(duì)誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的，則在反饋控制環(huán)路內(nèi)部必須包含一個(gè)描述外部輸入信號(hào)浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文（含指令信號(hào)和擾動(dòng)信號(hào)）動(dòng)力學(xué)特性的數(shù)學(xué)模型。這個(gè)外部信號(hào)的數(shù)學(xué)模型就是所謂的“內(nèi)模（）。從

22、理解的角度看，內(nèi)摸原理的一個(gè)直觀瓤簡(jiǎn)練的表達(dá)是：好的控制器應(yīng)該包含有外部世界的一種模型。早在年史密顛在研究非線性預(yù)測(cè)控制器的設(shè)計(jì)時(shí)就提到了內(nèi)模的概念。此后。凱萊和諾伊曼也都曾討論過(guò)這個(gè)概念，諾伊曼還把它與可靠性理論中的備份思想聯(lián)系起來(lái)。到了年代中期，加拿大多倫多大學(xué)教授。旺納姆對(duì)線性定常系統(tǒng)給出了內(nèi)模原理的嚴(yán)謹(jǐn)數(shù)學(xué)描述，從而正式建立了內(nèi)模原理。積分控￥（）就是內(nèi)模原理的一個(gè)應(yīng)用。我們知道，一個(gè)穩(wěn)定的反饋控制系統(tǒng)，如果其前向通道包含有積分環(huán)節(jié)，則該系統(tǒng)對(duì)于階躍信號(hào)指令可以做劉無(wú)靜差跟蹤，同時(shí)還可以完全抵消搏所有作用于積分環(huán)節(jié)之后的階躍型擾動(dòng)對(duì)穩(wěn)態(tài)輸出的影響。顯而易見(jiàn)的是：積分環(huán)節(jié)，正是描述階躍信

23、號(hào)的數(shù)學(xué)模型。無(wú)靜差系統(tǒng)中內(nèi)模的作用，還可以從一種較為直觀的角度加以理解。一個(gè)反饋控制系統(tǒng)要針對(duì)特定類(lèi)型的指令及擾動(dòng)實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差，要解決的主要問(wèn)題其實(shí)就是：當(dāng)誤差趨于零，即控制器輸入信息消失時(shí)，該如何維持合適的控制作用？注意無(wú)靜差運(yùn)行狀態(tài)（假如已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了的話）的特點(diǎn)是：誤差已經(jīng)消失，但指令和擾動(dòng)卻仍然在以其特有的動(dòng)力學(xué)特性變化著。顯然，此時(shí)控制器之所以能夠在輸入信息消失以后仍能輸出合適的控制量，其原因只能是由于控制器擁有一個(gè)能反映外部信號(hào)即指令與擾動(dòng)信號(hào)的參考模型。該模型就象一個(gè)信號(hào)發(fā)生器（）那樣，持續(xù)地提供與實(shí)際的外部信號(hào)相一致的輸出信號(hào)，班供控制器其他部分作為選擇合適的輸出控制量時(shí)的參考。在

24、前述的積分控制中，正是由于存在著積分環(huán)節(jié)磚這個(gè)描述外部階躍信號(hào)的數(shù)學(xué)模型，所以鄹使當(dāng)控制器的輸入（即誤差）趨于零，控制器仍能產(chǎn)生恒定的控制作用，維持無(wú)靜差運(yùn)行狀態(tài)。由此可見(jiàn)，內(nèi)模新起的作用，可以視為提供一個(gè)外部作用信號(hào)豹發(fā)生器?？疾煜履孀兤鬏敵霾ㄐ蔚目刂茊?wèn)題。首先，逆變器波形控制系統(tǒng)是一個(gè)指令呈正弦滋數(shù)交詫的伺服系統(tǒng)，焉不是一個(gè)恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)。至予系統(tǒng)的擾動(dòng)即負(fù)載電流，當(dāng)負(fù)載為線性時(shí)是按正弦變化的；當(dāng)負(fù)載為非線性時(shí)則是按非正弦規(guī)律變化的，總之也不是恒值擾動(dòng)。因此在波形控制系統(tǒng)中葶入積分控制的效萊是極其有限的，無(wú)論對(duì)指令還是對(duì)擾動(dòng)均不可能實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差。積分控制頂多能在低頻浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文段給系統(tǒng)

25、增加點(diǎn)開(kāi)環(huán)增益，從而在逆變器輸出頻率（一般也還位于系統(tǒng)的低頻上略微降低一點(diǎn)靜差，但同時(shí)卻帶來(lái)照著的相位滯后，危及系統(tǒng)的穩(wěn)定，可以說(shuō)是得不償失?；趦?nèi)模的概念，針對(duì)正弦指令的無(wú)靜差跟蹤問(wèn)題，可以在控制器中植入一個(gè)與指令同頻的正弦信號(hào)模型：甌南（）其中甜為正弦指令的角頻率。不難驗(yàn)證，當(dāng)指令和擾動(dòng)都以角頻率徽正弦變純時(shí)，一個(gè)穩(wěn)定的、包含（）所示內(nèi)模的伺服系統(tǒng)是無(wú)靜差的。然而的實(shí)際運(yùn)行情況要比這復(fù)雜得多，如果對(duì)輸出酶孝償電流傅立時(shí)分解就可以看到：其中蘊(yùn)含了基波以及基波頻率整數(shù)倍的多重諧波。因此，實(shí)際系統(tǒng)面臨的擾動(dòng)頻率是多種多樣的，如果要求對(duì)所有這些頻率的擾動(dòng)均實(shí)現(xiàn)禿靜差，前囂的方法就不合適了，因?yàn)槟菍?/p>

26、意味著對(duì)每次諧波都設(shè)置一重內(nèi)模。為達(dá)到一定的波形控制質(zhì)量，所需的內(nèi)模的重?cái)?shù)很可能會(huì)較多，這將使控制系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，從麗降低了工程實(shí)用價(jià)值。擾動(dòng)信號(hào)的頻率盡管多種多樣，但它們都服從一個(gè)共同特征，即：在每一個(gè)基波周期都以完全相同的波形重復(fù)出現(xiàn)。由于以上原因，基于內(nèi)模原理的重復(fù)控制利用與（）不同的另一種“重復(fù)信號(hào)發(fā)生器（）內(nèi)模，其域形式為：甌（）專(zhuān)（）一其中為基波周期。圖是其等效結(jié)構(gòu)圖，這是一個(gè)周期延遲正反饋環(huán)節(jié)。不論輸入信號(hào)波形如何，只要是以基波周期重復(fù)出現(xiàn)，該內(nèi)模的輸出就是對(duì)輸入信號(hào)的逐周期累加。之所以稱(chēng)其為重復(fù)信號(hào)發(fā)生器，是因?yàn)榧词馆斎胨p至零，該內(nèi)模仍然會(huì)持續(xù)不斷地逐周期重復(fù)輸出與上周期波形相

27、同的信號(hào)。豳附帶萄出了這一過(guò)程，其中假定輸入信號(hào)在第周期就突減至零。浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文圖重復(fù)控制器域形式如前所述，當(dāng)輸入信號(hào)不為零時(shí)，重復(fù)信號(hào)發(fā)生器的輸出是對(duì)輸入信號(hào)的逐周期累加。所以，當(dāng)這樣一個(gè)環(huán)節(jié)被置于反饋控制系統(tǒng)的前向通道時(shí)，它起到的作用與積分環(huán)節(jié)是相似的：都是對(duì)誤差的一種累加效果。只不過(guò)重復(fù)信號(hào)發(fā)生器是對(duì)誤差進(jìn)行以周期為步長(zhǎng)的累加，而積分環(huán)節(jié)是對(duì)誤差進(jìn)行連續(xù)時(shí)間的累加。與積分控制的機(jī)理類(lèi)似，包含重復(fù)信號(hào)發(fā)生器的逆變器波形控制系統(tǒng)，當(dāng)指令波形和反饋波形不一致時(shí)，控制量（即調(diào)制信號(hào)）幅度會(huì)逐周期、無(wú)限制地增長(zhǎng)（暫不考慮限幅作用）。因此若系統(tǒng)是穩(wěn)定的，則可以斷定穩(wěn)態(tài)時(shí)波形誤差應(yīng)為零。也就是

28、說(shuō)：反饋波形與指令波形重合，既沒(méi)有幅值偏差，也沒(méi)有相位滯后。由于控制系統(tǒng)數(shù)字化的發(fā)展趨勢(shì)，再加上圖中的純延時(shí)環(huán)節(jié)叱難以用模擬手段實(shí)現(xiàn)，所以實(shí)際應(yīng)用中重復(fù)控制全都是以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)的。重復(fù)信號(hào)發(fā)生器的離散形式是甌（）亡（）其等效結(jié)構(gòu)圖參見(jiàn)圖。設(shè)每周期采樣次數(shù)為，用個(gè)單拍延時(shí)環(huán)節(jié)的串聯(lián)實(shí)現(xiàn)周期延時(shí)一，這意味著數(shù)字控制器要為實(shí)現(xiàn)重復(fù)信號(hào)發(fā)生器而留出個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。為一周期采樣點(diǎn)數(shù)。圖重復(fù)信號(hào)發(fā)生器域形式（）濾波器及改進(jìn)型內(nèi)模圖所示的重復(fù)信號(hào)發(fā)生器僅是圖的離散化，兩者都可視為以周期為浙江人學(xué)碩士學(xué)位論文步長(zhǎng)的純積分環(huán)節(jié)。這種“純積分”雖然可以實(shí)現(xiàn)理論上對(duì)指令信號(hào)的無(wú)靜差跟蹤，但卻對(duì)穩(wěn)定性和魯棒性不利。因

29、為若采用這種內(nèi)模，將會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)個(gè)位于單位圓圓周上的開(kāi)環(huán)極點(diǎn)，從而使開(kāi)環(huán)系統(tǒng)呈現(xiàn)臨界振蕩狀態(tài)，此時(shí)只要對(duì)象的建模稍有偏差，或者對(duì)象參數(shù)稍有變化，閉環(huán)系統(tǒng)就極有可能失去穩(wěn)定。因此，目前的實(shí)際系統(tǒng)大多采用如圖所示的的改進(jìn)型重復(fù)信號(hào)發(fā)生器（），其中設(shè)置了濾波器（），（）可以簡(jiǎn)單地取為一個(gè)略小于的常數(shù)，以減弱積分效果。圖改進(jìn)型重復(fù)信號(hào)發(fā)生器內(nèi)模為了提高穩(wěn)態(tài)精度，這里?。ǎ瑘D的輸入輸出關(guān)系為：竺盟：?。ǎ┮唬ǎ榱丝辞暹@種做法的實(shí)質(zhì)，可將上式寫(xiě)成差分方程：（七）（七）（一忉（）圖重復(fù)控制結(jié)構(gòu)框圖式（）表明：每隔一個(gè)周期（步），輸出量獲得一次累加。但這種累加是先將輸出量上周期的值削弱，然后加上輸入量的當(dāng)

30、前值。顯然，當(dāng)輸入量（實(shí)際上就是誤差）低至輸出量的時(shí)，以上累加過(guò)程也就相當(dāng)于停止了?！埃ǎV波器型改進(jìn)算法的實(shí)質(zhì)是將誤差的純積分改為“準(zhǔn)積分，穩(wěn)定性的改善是以犧牲無(wú)靜差性為代價(jià)的。在改進(jìn)型重復(fù)信號(hào)發(fā)生器內(nèi)?；A(chǔ)上，再添加周期延時(shí)環(huán)節(jié)，以及補(bǔ)償器（），即可構(gòu)成一個(gè)完整的重復(fù)控制器，如圖中陰影部分所示。圖系統(tǒng)中，（）為控制對(duì)象，要求它本身是穩(wěn)定的。是需要跟蹤的重復(fù)性指令，是作用于對(duì)象上的重復(fù)性擾動(dòng)。重復(fù)控制器檢測(cè)指令與實(shí)際輸出之間的誤差，由內(nèi)模對(duì)誤差進(jìn)行逐周期的積分，起到對(duì)既往誤差信息的記憶作用，以便在誤差消失或變得很小時(shí)控制器仍能輸出合適的控制量。在周期延遲環(huán)節(jié)和補(bǔ)償器的作用下，根據(jù)內(nèi)模積分的結(jié)

31、果，重復(fù)控制器將在下一周期的適當(dāng)時(shí)刻輸出控制量，以減小誤差。以下分別介紹周期延遲環(huán)節(jié)和補(bǔ)償器（）。周期延遲環(huán)節(jié)一前向通道上串接的周期延遲環(huán)節(jié)州使控制動(dòng)作延遲一個(gè)周期進(jìn)行，即：本周期檢測(cè)到的誤差信息在下一周期才開(kāi)始影響控制量。由于已經(jīng)假定指令和擾動(dòng)都是重復(fù)性的，故這樣做將使系統(tǒng)下一周期的控制作用具有一定超前性。從后面的分析可以更清楚地看出：設(shè)置周期延遲環(huán)節(jié)是進(jìn)行超前相位補(bǔ)償所必需的【】。值得一提的是，很多文獻(xiàn)是將重復(fù)信號(hào)發(fā)生器內(nèi)模中的（）環(huán)節(jié)放了前向通道上（參見(jiàn)圖），這時(shí)系統(tǒng)的前向通道就不必再設(shè)置周期延遲環(huán)節(jié)了。圖擊重復(fù)控制器另一種形式但采取圖圖的形式能使內(nèi)模積分作用的描述、重復(fù)控制作用延遲一周

32、期進(jìn)行的概念以及后續(xù)的性能定量分析等，都變得更清晰一些。當(dāng)然，問(wèn)題的本質(zhì)并無(wú)任何改變，這只是形式的不同。補(bǔ)償器（）補(bǔ)償器（）是針對(duì)對(duì)象（）的特性而設(shè)置的，它是重復(fù)控制器最重要的部分，對(duì)重復(fù)控制系統(tǒng)的性能好壞有決定性影響。在獲知了上一周期的誤差信息后，到了下一周期該如何給出合適的控制量，這就是補(bǔ)償器（）要解決的任務(wù)。為了迅速有效地把誤差抵消掉，所給出的控制量必需是相位正確、幅值恰當(dāng)，二者缺一不可?？刂屏康南辔换蚍挡缓线m，都會(huì)影響波形校正效果甚至系統(tǒng)的穩(wěn)定。（）的作用就是提供相位補(bǔ)償和幅值補(bǔ)償，以保證重復(fù)控制系統(tǒng)穩(wěn)定，并在此基礎(chǔ)上改善波形校正效果。相對(duì)而言，相位補(bǔ)償比幅值補(bǔ)償困難一些。對(duì)于幅值補(bǔ)

33、償，只要適當(dāng)減?。ǎ┑脑鲆婢涂梢?。而相位補(bǔ)償意味著針對(duì)誤差的每一頻率分量都要給出合適的控制“提前量”。換句話說(shuō)，補(bǔ)償器（）的相頻特性最好是控制對(duì)象（）相頻特性的逆特性。重復(fù)控制與有源電力濾波器從工程實(shí)際角度看，如能對(duì)原理簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠的有源電力濾波器進(jìn)行低成本的重復(fù)控制改造，使其具有更好的諧波抑制能力，將是一種效費(fèi)比很高的性能改進(jìn)方案。經(jīng)過(guò)多年的研究，已經(jīng)提出了很多高性能的型逆變器瞬時(shí)值波形控制方案。但是，在這為數(shù)眾多的方案中，真正具有較高性價(jià)比因而適宜在普通產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用的卻并不多見(jiàn)。究其原因，除了某些方案是由于尚不成熟而未被采用之外（如滑模變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制），另一個(gè)重要的原因就是：許多

34、波形控制方案（如無(wú)差拍控制、電壓電流雙閉環(huán)控）走的是“以快制快的技術(shù)路線，即：以系統(tǒng)的高動(dòng)態(tài)響應(yīng)來(lái)提高抗干擾性，從而抑制各種擾動(dòng)因素對(duì)輸出電壓波形的影響。從控制角度看，這是一種很自然的選擇，效果也是值得肯定的。不過(guò)，由于以提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能作為改善波形質(zhì)量的手段，使系統(tǒng)增加了額外的軟硬件開(kāi)銷(xiāo)。因?yàn)閷?duì)大多數(shù)普通用途的產(chǎn)品而言，性能要求主要體現(xiàn)在穩(wěn)態(tài)指標(biāo)上（波形質(zhì)量就是最重要的一項(xiàng)穩(wěn)態(tài)指標(biāo)，對(duì)系統(tǒng)高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的要求則是在其次的。重復(fù)控制的真正優(yōu)勢(shì)在于：由于利用了擾動(dòng)的重復(fù)性來(lái)逐周期地修正輸出電壓，使控制系統(tǒng)既無(wú)須進(jìn)行多個(gè)變量的采樣，也不用很高的控制速度和很復(fù)雜的算法，就可以達(dá)到很高的穩(wěn)態(tài)指標(biāo)。雖然由

35、于原理的局限性，重復(fù)控制無(wú)法將系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間縮短到小于一個(gè)基波周期的等級(jí)，但大多數(shù)普通產(chǎn)品如有源電力濾波器等在這方面本來(lái)也沒(méi)有很高要求?？梢哉f(shuō)，重復(fù)控制能以最低的成本滿足最大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合的性能要求，因此是構(gòu)成高性價(jià)比系統(tǒng)的首選方案。在現(xiàn)有的相關(guān)文獻(xiàn)中，都是將重復(fù)控制與前述的某種快速瞬時(shí)控制方案結(jié)合使用，這樣做一方面可以兼顧穩(wěn)態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能，適合高性能場(chǎng)合的要求；另一方面，瞬時(shí)控制方案對(duì)逆變器起到了內(nèi)環(huán)改造作用，使重復(fù)控制器的設(shè)計(jì)變得比較容易。但這種結(jié)合型方案在相當(dāng)程度上喪失了重復(fù)控制本身軟硬件成本低廉、易于實(shí)施的優(yōu)勢(shì)。因此，為了充分發(fā)揮重復(fù)控制的這一獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，最好能單獨(dú)使用重復(fù)控制來(lái)

36、構(gòu)成一個(gè)完整的有源電力濾波器控制系統(tǒng)，即：將重復(fù)控制直接用于有源電力濾波器的輸出諧波電流瞬時(shí)控制【刀。有源電力濾波器重復(fù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)大量文獻(xiàn)的閱讀與分析，本文采用的有源電力濾波器的重復(fù)控制系統(tǒng)框圖如下：圖重復(fù)控制框圖其中系統(tǒng)采樣頻率為，要求補(bǔ)償?shù)酱沃C波，即處。其設(shè)計(jì)過(guò)程如下：（）及重復(fù)控制器內(nèi)模的設(shè)計(jì)通常，應(yīng)取為一個(gè)小于但接近于的常數(shù)?！靶∮谝皇菫榱似鸬皆鰪?qiáng)魯棒性的效果；而“接近則是為了避免在穩(wěn)態(tài)誤差方面付出太大的代價(jià)。一般情況下就取為。當(dāng)然，如果著重于提高系統(tǒng)穩(wěn)定的魯棒性，可以取得更小一些；反之，如果更強(qiáng)調(diào)波形質(zhì)量和電壓幅值調(diào)整率指標(biāo)，還可以稍稍取大一些。實(shí)際上，改變接近于的程度，也

37、就是改變重復(fù)控制器內(nèi)模接近于純周期積分的程度】。綜合系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度和穩(wěn)定裕度兩方面考慮，并結(jié)合仿真驗(yàn)證，這里?。ǎ１鞠到y(tǒng)采樣頻率為，每個(gè)周期點(diǎn)數(shù)。補(bǔ)償器（吩的設(shè)計(jì)補(bǔ)償器（）的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)重復(fù)控制器的性能有至關(guān)重要的影響，它的主要功能是在所關(guān)注的頻率范圍內(nèi)，把控制對(duì)象幅值校正到，相位校正到度，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)良好的穩(wěn)態(tài)精度和穩(wěn)定性。把逆變器看成一個(gè)比例環(huán)節(jié)后，有源電力濾波器的控制系統(tǒng)的控制對(duì)象可以簡(jiǎn)化為一個(gè)濾波器，參數(shù)如下：。其圖如圖所示，圖中為濾波器的總電感?？梢?jiàn)，和單電感的頻率特性在諧振頻率之前幅值和相位都近乎相同，所以我們采用了單電感來(lái)補(bǔ)償?shù)皖l段的幅值和相位。暖唧圖與的圖單電感在數(shù)字化的過(guò)程中會(huì)在

38、奈奎斯特頻率處產(chǎn)生很高的增益，將會(huì)給系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來(lái)隱患；而帶有慣性環(huán)節(jié)的則不會(huì)，且如果把慣性環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率設(shè)置的合適的話，不僅對(duì)低頻段沒(méi)有影響，而且還能高提供高頻段的衰減。帶慣性環(huán)節(jié)的電感傳遞函數(shù)為：）齋（）其中（厶厶）宰（）一重量萑星，、署星圖慣性環(huán)節(jié)對(duì)幅相特性的影響由于系統(tǒng)補(bǔ)償帶寬要求為，而采樣頻率為，即奈奎斯特頻率為，所以綜合考慮，取慣性環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)折頻率為（，即采用雙線性變換，令其中為采樣周期。得忙蕊（）萬(wàn)幸后、二一歸丁一（）（）等（）經(jīng)過(guò)校正后的控制對(duì)象圖如圖所示，其中為濾波器經(jīng)過(guò)零階保持環(huán)節(jié)后的傳遞函數(shù)，為經(jīng)過(guò)校正后的傳遞函數(shù)?？梢?jiàn)，在截止頻率以下，控制對(duì)象的幅值很好的校正為，但卻增

39、加了控制對(duì)象的諧振峰值，這是我們不愿意看到的，接下來(lái)介紹的陷波器就是為了抵消諧振峰值而設(shè)計(jì)的。浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文重莖二孛舶莖：館一一一一一一一一一三一一一一一一上一一矗；?。骸㈤坎芬灰灰灰?；：；，：一一一一！一一二二一一！一一一益；：赫拳！一一一一一一一一一一。、一一。：一。！、，一；一一一一一一一一一一一一一卜一“一一一一一一、！。一一一一一喲圖單電感校正前后比較濾波器的諧振頻率為：皺（】也由圖可見(jiàn)，在出現(xiàn)諧振峰，約為：圖控制對(duì)象的圖（）由上圖可以清楚地看出，如果有源電力濾波器的控制對(duì)象濾波器在諧振頻率處高達(dá)的諧振峰值得不到有效的對(duì)消，它就必然會(huì)在系統(tǒng)截止頻率處破壞系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件。對(duì)消

40、控制對(duì)象的諧振峰值是濾波器（）的任務(wù)。將（）取為一二階濾波器是一種容易想到的方法。通過(guò)合理設(shè)置該二階濾波器的參數(shù)，使其增益在的截止頻率處能衰減至，即可對(duì)消掉的諧振峰。但是由于二階濾波器有限的增益下降斜率（倍頻），要在截止頻率處產(chǎn)生絕對(duì)值如此高的負(fù)增益，勢(shì)必需要將二階濾波器本身的截止頻率設(shè)置得比較低才行。而這樣做有一個(gè)很大的弊端：它在抵消諧振峰的同時(shí)，也會(huì)顯著地降低截止頻率以下很寬一段頻率范圍內(nèi)的增益。圖是以上情況的一個(gè)寫(xiě)照。其中，控制對(duì)象（）！為中的輸出濾波器，它在截止頻率處具有的諧振峰。（）采用二階濾波器時(shí)，為了使其增益能在處下降到以下，它的截止頻率必須設(shè)置的很低，約為左右，這樣一來(lái)，雖然對(duì)

41、象的諧振峰得到了對(duì)消，但在的寬廣頻段內(nèi)，增益也都一并被降低了。實(shí)際設(shè)計(jì)還要考慮預(yù)留余量，因此增益損失還要更嚴(yán)重，相關(guān)頻段內(nèi)的諧波抑制效果也會(huì)變差。由此可見(jiàn)，為避免以上情況的出現(xiàn)。濾波器（）的幅頻特性最好直到濾波器截止頻率附近才產(chǎn)生比較明顯的下降，而且此后的下降斜率應(yīng)該迅速增大，以致到了濾波器截止頻率處濾波器即具有足夠的負(fù)增益以抵消濾波器的諧振峰。本文選用了一種具有零相移特性的陷波濾波器來(lái)抵消控制對(duì)象的諧振峰值，其表達(dá)式為：訛，監(jiān)監(jiān)蕓薏籌學(xué)嗡通過(guò)合適地設(shè)置參數(shù)，以上陷波濾波器的陷波點(diǎn)可以配置在奈奎斯特頻率（即采樣頻率的一半）處，此時(shí)。（）實(shí)際上成為一個(gè)低通濾波器。比如：訛）號(hào)等（）它的相位滯后恒

42、為零，而幅頻特性則如圖所示。喜口曼量鉚瞄憎。：弋、一一一、一一一一，一一一！一口：圖陷波器圖由于濾波器的諧振峰位于處，而陷波器的陷波點(diǎn)在奈奎斯特頻率（即采樣頻率的一半）處，能良好的抵消諧振峰值。同時(shí)對(duì)逆變器截止頻率以下頻段增益的衰減很小，不會(huì)明顯地影響到對(duì)該頻段諧波的抑制效果。為了達(dá)到良好的高頻衰減特性，另取一二階濾波器，與之結(jié)合使用，共同構(gòu)成一個(gè)完整的（）濾波器。由于這個(gè)二階濾波器的作用僅僅是提供高頻衰減特性，而不是對(duì)消對(duì)象的諧振峰，所以它的截止頻率就可以大大提高，甚至可以提高到接近控制對(duì)象的截止頻率。因而它的加入不會(huì)帶來(lái)顯著的低頻增益損失。本文中考慮到控制系統(tǒng)帶寬為，諧振頻率為，取二階濾波

43、器截止頻率為，阻尼比為以保證無(wú)諧振峰。設(shè)計(jì)好的二階濾波器傳遞函數(shù)為（）再西麗兩（兩碭面）幣萬(wàn)麗礦×（）浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文采用雙線性變換后馳，鼉鬻禚型），）一一“、加階濾波器后，系統(tǒng)的圖為：重量?jī)x嘶口！、；：；：。一一一一一一。一一一廠一一。一一。？】。一一一一一，。一一一一一“一一一一一一一一一一。一！：一一一一一一一土一一一一一一一三一一上一一一一。一一一廣。一。一。一；。；：；一：廠一一一一一一十一一一？一、一一一：一：一一一一一一一廣卜一一。一一一。一弋一一一【一！一一二一二一：一：一二一一。一一，、一卜一÷。÷一一一。一？÷。一。一一一一一一一

44、一一一一一一一一一一：?。海。?！一：圖經(jīng)過(guò)陷波器校正后控制對(duì)象圖由圖可見(jiàn)，幅頻特性在頻率范圍內(nèi)基本維持在，以后，幅值迅速衰減，滿足了系統(tǒng)對(duì)高頻增益衰減的要求；但是通過(guò)相頻特性發(fā)現(xiàn)，在高頻段系統(tǒng)相位滯后較大，補(bǔ)償效果不好，且容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定【】。由于系統(tǒng)前向通道設(shè)置了周期延遲環(huán)節(jié)，使得前向通道上的其他環(huán)節(jié)可以等效地實(shí)現(xiàn)“分子階次高于分母階次，理論上說(shuō)這個(gè)階次差可達(dá)。這一現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是：由于假定了指令和擾動(dòng)為重復(fù)性的，所以本來(lái)無(wú)法“超前實(shí)施的控制量，可以通過(guò)延遲至下一周期適當(dāng)時(shí)刻而獲得超前性。例如，將控制量延遲（）拍，也就相當(dāng)于將控制量在下一周期提前拍實(shí)施。超前環(huán)節(jié)聲的實(shí)現(xiàn)與之類(lèi)似，它的物理意義是：將控制量在下一周期提前拍實(shí)施。既然是能夠（等效）實(shí)現(xiàn)的，也就可以利用它的超前相位特性來(lái)補(bǔ)償控制對(duì)象的相位滯后。利用變換的基本關(guān)系式為采樣周期）可得：刪。（）可見(jiàn)超前環(huán)節(jié)的模值恒為，而相角則與所考慮的頻率成正比。如用圖表示它的相位特性，由于頻率軸是按對(duì)數(shù)標(biāo)度，所以將觀察到指數(shù)型增長(zhǎng)的正值相角，如圖所示。大多數(shù)實(shí)際控制對(duì)象的相位滯后都是隨頻率增加