[发明专利]一种基于模糊反步自适应控制的数字式发电机控制器设计方法

权利要求书

1.一种基于模糊反步自适应控制的数字式发电机控制器设计方法，其特征在于：

三级式变频交流发电系统的三级结构分别为永磁副励磁机、主励磁机和主发电机，使用PWM调节励磁回路的励磁电流从而实现对发电机电压的调节；

调压系统控制器采用多闭环反馈控制策略，调压方式为电压外环将发电机输出电压V_o与参考电压V_ref作差得到一级误差，对该误差进行调节后，与负载电流i_out补偿值相加，作为励磁电流反馈环的参考值i_fref，再减去此刻的励磁电流i_f，得到的二级误差再经过励磁反馈环调节后产生PWM信号，控制励磁回路中开关管的通断，从而控制发电机的输出电压。

2.如权利要求1所述的一种基于模糊反步自适应控制的数字式发电机控制器设计方法，其特征在于：

由于三级式发电机高阶与低阶传递函数的幅频特性曲线呈现出较高的匹配性，采用二阶传递函数来近似描述三级式发电机：

式中a₀，a₁，K_p为不确定性参数，与三级式发电系统中发电频率以及电机参数相关，可根据具体参数以及模型辨识常规操作计算得到；Y_f(s)为三级式发电机发电电压输出，u(s)为三级式发电机控制输入，根据传递函数与状态空间方程之间的关系得出本系统的状态空间方程为：

其中，具有不确定参数的线性项f(x₁，x₂)＝-a₀x₁-a₁x₂，b＝K_p，u为u(s),为了使实际输出电压y跟随参考电压y_r，定义广义输出误差为：

e(t)＝y_r-y

同时，结合状态空间方程，定义系统跟踪误差变量z₁，并设σ为虚拟控制量，则有：

式中ξ是为了消除稳态误差为引入的误差积分变量，同时取来保证系统公式有效性；

针对状态空间方程所示的具有未知参数的非线性系统采用反步自适应控制方法设计控制律，引入参数ρ＝1-b，参数θ₀＝-a₀，θ₁＝-a₁，θ＝[θ₀θ₁]^T，最终得到控制律公式：

其中k_p＝1+c₁c₂+λ，k_i＝λc₁，k_d＝c₁+c₂，分别为模糊增益自调节的比例、积分与微分控制参数，c₁、c₂、λ为控制器设计参数，F(x)＝[x₁x₂]^T；

则引入参数ρ和θ的自适应律分别为：

其中K为简化公式所取的中间变量；sgn(b)＝sgn(ρ)＝|ρ|^-1ρ，并定义为ρ的估计值，分别为θ₀，θ₁的估计值；γ₀、γ₁、γ_ρ为自适应增益，均为正数，自适应增益值越小，系统自适应速度越慢，反之，系统自适应速度越快；Γ＝diag(γ₀γ₁)为正定设计参数；在反步自适应控制器中，若不考虑微分环节，仅采用PI控制，可以得到c₁＝-c₂，则控制律中的PI环节只受c₁和λ两个控制参数的影响。

3.根据权利要求2所述的基于模糊反步自适应控制的数字式发电机控制器设计方法，其特征还包括软启动步骤：在发电开始阶段，使电机逐渐加速，实现平滑启动；

同时，在计算机中模拟与真实系统相同的400Hz～800Hz频率下的发电电压变化曲线，通过开关元件实现了突加突卸负载的模拟，得到各频率段下的动态电压变化曲线。