[发明专利]一种基于改进型粒子群算法扰动观测器复合滑模的逆变器控制策略

说明书

本发明公开了一种基于改进型粒子群算法扰动观测器复合滑模的逆变器控制策略，运用基于扩张状态观测器的扰动观测器，在保留了扩张状态观测器原有的计算结构下，采用观测误差的比例（P）、积分（I）、微分（D）来估计扰动，以扰动来代替滤波电感电流观测值，以省去电感电流传感器，减少了因传感器出现故障导致恶化控制效果的概率。采用改进型粒子群算法，在迭代过程中逐步调整惯性系数，提高了观测器观测精度，减少观测误差。运用该观测器并使其与滑模控制结构复合，结合李雅普诺夫稳定理论保证整个控制系统稳定性，这样，不仅可以消除抖振，而且可以放宽滑模切换增益的边界条件，使其具有更强的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及逆变器控制技术领域，具体涉及一种基于改进型粒子群算法扰动观测器复合滑模的逆变器控制策略。

背景技术

随着新能源发电、高压直流输电的快速发展，三相电压源型逆变器的应用范围越来越广泛，除了在传统的高压输电，不间断电源(UPS)等，也在医药，信息科技，各种专用电源，尤其是新能源如光伏与风力发电中发挥着越来越重要的角色。因此，逆变技术对于输出电能质量的保证至关重要。

近年来，国内外学者提出了很多非线性的控制方法，并将其应用于整流器的控制中，以弥补线性控制的不足。其中，滑模控制与其他控制相比较简单，鲁棒性强，应用广泛。常规的滑模控制方法通常设计很大的切换增益，以保证系统的鲁棒性，但这也加剧了系统抖振。

为了解决滑模的抖振，很多学者在滑模控制系统的切换项进行改进，比如增加趋近律或者用新的连续函数替代符号函数等等，也有学者在滑模控制中加入观测器来实时监测系统变量，将观测值补偿到控制系统中，以此来设计新的滑模趋近律，在降低系统抖振的前提下，保证系统的强鲁棒性和快速追踪能力。但常用的龙伯格观测器有着较大的限制，不仅需要得到准确的系统模型，而且对于非线性系统有些力不从心。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于改进型粒子群算法扰动观测器复合滑模的逆变器控制策略，在扩张状态观测器的基础上，采用观测误差的比例(P)、积分(I)、微分(D)来设计一种扰动观测器，替代掉滑模控制的切换项，使其降低系统抖振，并保证系统的强鲁棒性和快速追踪能力，对于扩张观测器的参数整定方面，采用改进粒子群算法，使得观测器实现更加精准的追踪。

技术方案：本发明公开了一种基于改进型粒子群算法扰动观测器复合滑模的逆变器控制策略，包括如下步骤：

步骤1：根据三相全桥式LC型逆变器的滤波电感电流和滤波电容电压，构建三相逆变器的α-β坐标系状态空间模型；

步骤2：根据步骤1构建的状态空间模型，将其转换为二阶系统，对总扰动参数进行系统扩张，构建三相逆变器的非线性扩张状态观测器模型；

步骤3：根据步骤2构建的非线性扩张状态观测器模型，采用改进型粒子群算法对观测器的待定系数k_i和幂系数θ_i组成的向量视为待优化的粒子进行整定，构建新的扩张状态观测器；所述改进型粒子群算法在惯性系数函数上利用如下公式逐步调整惯性系数：

其中：ω_max，ω_min表示惯性系数的最大值和最小值，Max_n表示最大迭代次数，n表示当前迭代次数；

步骤4：根据步骤3构建的新的扩张状态观测器，用观测误差的非线性PID估计总扰动来设计扰动观测器

步骤5：根据步骤4构建的扰动观测器，设计滑模面，并构建三相逆变器的指数趋近滑模控制律；

步骤6：根据步骤5获取滑模控制器的输出，通过SVPWM来对三相逆变器的全桥开关进行信号控制。

进一步地，所述步骤1的α-β坐标系状态空间模型为：