[发明专利]一种带有超前矫正的二阶广义积分锁频环控制方法

摘要

一种带有超前矫正的二阶广义积分锁频环控制方法，通过在二阶广义积分后端级联旋转变换环节，补偿了闭环反馈信号在离散化后一个控制周期的滞后；通过在积分器前端增加频率预修正环节，补偿了积分器采用双线性变换离散化后在信号频率点幅值和相位的偏差。本发明所述方法在二阶广义积分锁频环稳态时相比传统控制方法在输出信号频率、相位、幅值三个方面上精度有数个数量级的提升，同时对输入信号频率、幅值阶跃的暂态过程不会造成影响。本发明所述方法不仅适用于二阶广义积分锁频环，还可推广到二阶广义积分锁相环以及谐振控制器，或与其他优化方案相结合以获得更优的控制效果。

主权项

1.一种带有超前矫正的二阶广义积分锁频环控制方法，其特征在于：所述控制方法通过在二阶广义积分器的后端级联旋转变换环节，补偿了闭环反馈信号在离散化后一个控制周期的滞后；通过在二阶广义积分积分器前端增加频率预修正环节，补偿了积分器采用双线性变换离散化后在信号频率点幅值和相位的偏差，具体步骤如下：(1)将二阶广义积分器以双线性变换方式离散化，离散周期设为T_s，离散公式为：式中s为拉氏变换算子，z为Z变换算子；所述二阶广义积分器连续域传递函数为：离散后Z域传递函数为：上述式中，v_i为输入信号，v_x为同步信号输出，v_y为正交信号输出，K_r为阻尼系数，ω为角频率，s为拉氏变换算子，G_x(s)和G_y(s)为二阶广义积分器连续域传递函数，G_y(z)和G_x(z)为二阶广义积分器离散的Z域传递函数；(2)将输入信号角频率值ω乘以预修正系数K_c，得到角频率修正值ω'，预修正系数计算公式为：故经过修正的离散二阶广义积分器传递函数为：(3)将输入信号v_i和角频率修正值ω'送入修正的离散二阶广义积分器，得到第一同步信号v_x'和第一正交信号v_y'；(4)将第一同步信号v_x'和第一正交信号v_y'输入二阶广义积分器后端的旋转变换环节，使用补偿角度θ₁＝‑ωT_s进行变换，得到第二同步信号v_x”和第二正交信号v_y”；所用旋转变换公式为：v_x”＝v_x'cos(θ₁)+v_y'sin(θ₁)v_y”＝v_y'cos(θ₁)‑v_x'sin(θ₁)(5)旋转变换环节输出的第二同步信号v_x”和第二正交信号v_y”输入单位延时单元z^‑1后，输出第三同步信号v_x和第三正交信号v_y。第三同步信号v_x和第三正交信号v_y作为修正的离散二阶广义积分器内部反馈信号，且无需再次经过单位延时单元；(6)将输入信号v_i和第三同步信号v_x做差，得到信号偏差v_e；(7)将第三正交信号v_y和信号偏差v_e输入锁频环节，得到信号角频率值ω，送入修正的离散二阶广义积分器，锁频环节的计算公式为：式中ω_rate为输入信号额定角频率，K_f为锁频环节增益系数，计算公式为：其中τ为积分增益系数。(8)最后通过第三同步信号v_x和第三正交信号v_y求出信号幅值A及相位θ：