[发明专利]基于扰动估计的模型预测控制的高铁低频振荡抑制方法

摘要

本发明公开了一种基于扰动估计的模型预测控制的高铁低频振荡抑制方法，包括以下步骤：A、构建d‑q旋转坐标系下计及参数误差量的动车组网侧整流器动态特性方程；B、定义扰动量，根据动态特性方程得到d‑q旋转坐标系下计及扰动量的动车组网侧整流器电流预测模型；C、将电流、扰动量作为状态变量，得到扰动估计器的状态空间模型，构建扰动估计器；D、将扰动量估计值代入步骤B中的电流预测模型得到电流预测值，将得到的电流预测值代入代价函数获得下一采样周期控制电压；E、将控制电压经过坐标变换得到α‑β坐标系分量，通过正弦脉宽调制输出控制脉冲，完成高铁低频振荡抑制；本发明提高了控制系统的抗干扰能力和鲁棒性能，电压变化量在周期内浮动最小，对参数变化不敏感。

主权项

1.一种基于扰动估计的模型预测控制的高铁低频振荡抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：A、构建d‑q旋转坐标系下计及参数误差量的动车组网侧整流器动态特性方程；B、定义扰动量，根据步骤A得到的动态特性方程得到d‑q旋转坐标系下计及扰动量的动车组网侧整流器电流预测模型，得到电流预测值；C、将电流、扰动量作为状态变量，得到扰动估计器的状态空间模型，构建扰动估计器，得到扰动量估计值；D、将扰动量估计值代入步骤B中的电流预测模型得到电流预测值，将得到电流预测值代入代价函数获得下一采样周期控制电压；E、将步骤D得到的下一采样周期控制电压经过坐标变换得到α‑β坐标系分量，通过正弦脉宽调制输出控制脉冲，完成高铁低频振荡抑制；步骤D中的代价函数为：式中：g_r为代价函数，为整流器交流侧电流q轴分量设置值；为整流器交流侧电流d轴分量设置值，i_Nd(k+1)、i_Nq(k+1)分别为交流侧输入电流i_N下一采样周期离散化dq直流分量；式中：为直流侧电压参考值，U_d为直流侧电压测量值，K_p为PI控制器比例系数，T_i为PI控制器积分系数；将扰动量估计值代入电流预测模型，得到式中：i_Nd(k)、i_Nq(k)分别为交流侧输入电流i_N当前时刻离散化dq直流分量，定义电阻额定参数R_NO，u_Nd(k)、u_Nq(k)分别为交流侧输入电压u_N当前时刻离散化dq直流分量，u_abd(k‑1)、u_abq(k‑1)为整流器输入电压u_ab在前一采样周期的输入值，分别为f_d(k)、f_q(k)的估计值，f_d(k)、f_q(k)分别为当前采样时刻扰动量dq直流分量，i_Nd0(k+1)、i_Nq0(k+1)为忽略控制电压变化量Δu_abd(k)和Δu_abq(k)的k‑1时刻电流预测值dq分量，L_NO为电感额定参数；T_s为采样周期，ω为旋转角速度；将得到的电流预测值代入代价函数获得下一采样周期控制电压；所述下一采样周期控制电压计算方法如下：对代价函数求关于电压变化量的偏导，得到能使代价函数取得极小值的电压变化量Δu_abd(k)和Δu_abq(k)：式中：i_Nd0(k+1)、i_Nq0(k+1)为忽略控制电压变化量Δu_abd(k)和Δu_abq(k)的k‑1时刻电流预测值dq分量；L_NO为电感额定参数；T_s为采样周期；下一采样周期控制电压为：式中：u_abd(k+1)、u_abq(k+1)为整流器输入电压u_ab在下一采样周期的输入值；u_abd(k)、u_abq(k)为整流器输入电压u_ab当前采样时刻离散化dq直流分量；Δu_abd(k)、Δu_abq(k)为控制电压k‑1时刻到k时刻的电压变化量。