[发明专利]一种基于干扰观测器的单相逆变器有限时间控制方法

摘要

本发明公开了一种基于干扰观测器的单相逆变器有限时间控制方法，包括建立单相逆变器的受扰状态空间平均模型；以逆变器实际输出电压与参考电压之间的跟踪误差值为状态变量，同时考虑集总干扰的影响，建立单相逆变器的误差动态模型，并设计有限时间干扰观测器；将观测器的输出作为前馈补偿与输出反馈控制方法相结合，设计基于有限时间干扰观测器的有限时间抗干扰控制器；根据有限时间抗干扰控制器，实现单相逆变器输出电压的控制。本发明能够在有限时间内实现对单相逆变器参考输出电压的快速准确跟踪以及对多源干扰和不确定性的精确补偿抑制,同时提高系统抗干扰能力，降低了系统成本，提高了系统的容错性。

主权项

1.一种基于有限时间干扰观测器的单相逆变器有限时间控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：通过分析单相逆变器的四种开关模式，采用状态空间平均法，建立单相逆变器的受扰状态空间平均模型；所述受扰状态空间平均模型如下：其中，vo为电容电压，iL为电感电流，C、R、L和Vdc分别表示单相逆变器电路中的滤波电容、负载电阻、滤波电感以及输入直流电压源，u为控制量，t为时间；步骤2：在步骤1建立的受扰状态空间平均模型基础上，以单相逆变器实际输出电压与参考值之间的跟踪误差值为状态变量，同时考虑参数摄动、输入电压波动和负载突变以及不确定性的影响，建立单相逆变器的误差动态模型；并设计有限时间干扰观测器用于在有限时间内获得未知的系统状态变量和集总干扰的估计值；定义输出电压的跟踪误差值为状态变量x₁：x₁(t)＝e＝v_ref‑v_o，状态变量x₂：所述单相逆变器的误差动态模型表示为：其中，u(t)为系统的控制输入量，d(x,u,t)表示为：d(x,u,t)＝‑δ_a1x₁‑δ_a2x₂+δ_bu,C₀，R₀，L₀以及V_dc0分别为电路中滤波电容C、负载电阻R、滤波电感L以及输入直流电压源V_dc的标称值，v_ref为输出电压的参考值；所述有限时间干扰观测器如下式：其中，z1为状态变量x1的估计值，z2为状态变量x2的估计值，z3为集总干扰d(x,u,t)的估计值，v1、v2和v3均为中间变量，观测器增益K＞0，λi＞0(i＝1,2,3)为可调的有限时间干扰观测器参数；所述集总干扰包括参数摄动、输入电压波动、负载突变和不确定性；步骤3：在步骤2设计的有限时间干扰观测器基础上，考虑无电流传感器和集总干扰的情况，将有限时间干扰观测器的输出作为前馈补偿，与输出反馈控制方法相结合，设计基于有限时间干扰观测器的有限时间抗干扰控制器；所述基于有限时间干扰观测器的有限时间抗干扰控制器如下式：其中，u为控制量，c1＞0、c2＞0分别为可调控制器增益，p、q、m、n均为正奇数且满足关系：p＜q＜2p,m＞n；步骤4：根据步骤3所设计有限时间抗干扰控制器，将所得到的控制量经dSPACE实时控制系统平台的SPWM模块输出，产生SPWM驱动信号，通过实时控制单相逆变器桥臂上开关管的导通与截止，实现单相逆变器输出电压的控制，具体包括如下步骤：步骤41，在得到的有限时间抗干扰控制器基础上，利用dSPACE实时控制系统平台中的A/D采样模块，将单相逆变器中的电压传感器所采集得到的电容电压即输出电压转换为数字信号；步骤42，通过dSPACE实时控制系统平台中的SPWM模块，输出有限时间抗干扰控制器的控制量，得到频率固定占空比可变的SPWM驱动信号；步骤43，利用步骤42中所得到的SPWM驱动信号，控制单相逆变器桥臂上开关管的导通与截止，实现对单相逆变器的输出电压的控制。