[发明专利]一种基于滑模变结构的IST控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于滑模变结构的控制系统及其控制方法，尤其是涉及一种基于滑模变结构的IST控制系统及其控制方法。

背景技术

滑模变结构控制是在上世纪六十年代初由前苏联Emelyanov、Utkin和Itkin等学者提出，它是一种非线性控制方法。

滑模变结构控制本质上是一类特殊的非线性控制,且非线性表现为控制的不连续性.这种控制策略与其他控制的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(如偏差及其各阶导数等)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,这就使得滑模控制具有快速响应、对应参数变化及扰动不灵敏、无需系统在线辨识、物理实现简单等优点。

在系统控制过程中,控制器根据系统当时状态,以跃变方式有目的地不断变换,迫使系统按预定的“滑动模态”的状态轨迹运动。变结构是通过切换函数实现的,特别要指出的是,通常要求切换面上存在滑动模态区,故变结构控制又常被称为滑动模态控制。设计变结构控制系统基本可分为两步：

(1)确定切换函数S(x),即开关面,使它所确定的滑动模态渐近稳定且有良好的品质,开关面代表了系统的理想动态特性。

(2)设计滑模控制器,使到达条件得到满足,从而使趋近运动(非滑动模态)于有限时间到达开关面,并且在趋近的过程中快速、抖振小。

滑模变结构控制具有稳定范围宽、动态响应快、对参数变化和扰动不敏感等优点。研究对象涉及到离散系统、分布参数系统、非线性大系统等众多复杂系统。

滑模控制也有其缺点，如当状态轨迹到达滑动模态面后，难以严格沿着滑动模态面向平衡点滑动，而是在其两侧来回穿越地趋近平衡点，从而产生抖振。

滑模变结构控制是采用一个切换函数作为决策规则来实现闭环系统结构的切换，利用可变控制，在有限时间内将系统状态驱动并维持在切换函数所确定的一个超平面上，如图1表示系统在滑模面上的运动。

迄今为止，已有多个控制系统采用了滑模变结构控制策略，取得了良好的效果。这里列出部分典型的应用。

1、电机的应用

这是滑模变结构一直以来最主要的一个应用领域，由于无论直流电机、同步电机和感应电机都存在严重的非线性，十分适合滑模变结构的应用。

2、开关变换器的应用

开关变换器是一个强非线性系统，滑模变结构的应用可解决开关变换器不易稳定、对扰动抑制能力差等问题。根据开关工作周期，动态地对滑模误差进行修正，补偿了控制量的大小，有利于近似地保证系统沿着切换面运动，并可以减少系统稳态误差，达到削弱抖振的目的。

3、机器人控制的应用

机器人近年来成为滑模变结构主要应用方面之一。机器人是典型的非线性系统，存在各种不可预见的外部干扰，有大量关于此方面的研究。可侧通过设计两个滑模面，实现了带有弹性力臂的双关节机器人的研究。

4、飞行器控制的应用

滑模变结构控制本身的优良性能，适合飞行器的运动控制。而且在导弹制导中发展神速。

目前基于ST的控制主要是开环的，鲜有对其进行闭环控制的。这种控制方式反映速度较慢，在抽头投切过程中有可能造成ST抽头的投切针振荡，达不到正常补偿的目标。本发明采用滑模变控制的ST辅以UPFC达到闭环控制的目的，可以对系统潮流得到极好的补偿。

发明内容

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种基于滑模变结构的IST控制系统，其特征在于，包括连接在系统送端和受端之间的SEN变压器和统一潮流控制器、分别设置在系统送端和受端的两组用于测量电压和电流的PT采集装置以及CT采集装置、与两组PT采集装置以及CT采集装置连接的DSP及扩展模块、与DSP及扩展模块连接用于控制SEN变压器的滑模变控制模块、以及与DSP及扩展模块连接用于控制统一潮流控制器的PI控制器。

这里SEN变压器以下简称ST，统一潮流控制器以下简称UPFC；这里的IST指采用SEN变压器加上统一潮流控制器的混和控制方法，称为改进型SEN变压器。

在上述的一种基于滑模变结构的IST控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，两组PT采集装置以及CT采集装置采集系统线路的电压电流，对比目标电压电流，经过DSP及扩展模块计算，确定IST所需投入的有功功率和无功功率；

步骤2，通过滑模变控制模块，对照ST当前所处的位置，计算ST所需要投入到的位置，并控制ST的投切抽头，投到目标位置；