[发明专利]一种基于自抗扰控制的高铁牵引网低频振荡抑制方法

权利要求书

1.一种基于自抗扰控制的高铁牵引网低频振荡抑制方法，在CRH3型车变流器多车同时启动时抑制多车空载整备下牵引网网压低频振荡，由跟踪微分器TD、扩张状态观测器ESO和非线性误差反馈控制律NLSEF构成的非线性自抗扰控制器获得最终控制量u，将u输入到PWM整流器得到控制输出，包括以下步骤：

a)给定直流环节电压u_dc的参考值u_dcr；测得被控输出量的直流环节电压u_dc；

b)输入被控制量的直流环节电压的给定参考值u_dcr到TD，输出直流环节给定电压参考值的跟踪值u_dc1；

c)将u_dc和最终控制量u的初始设定值u’乘以动态补偿因子b分别输入到扩张状态观测器ESO，输出u_dc的跟踪信号z₁和扰动的估计值z₂；

d)用u_dc1和u_dc的跟踪信号z₁作差，得到e₀，并将其输入到NLSFE，该环节将输入量进行非线性组合，为误差反馈环节，输出u₀；

e)扰动的估计值z₂除以动态补偿因子b，再作为减数与u₀作差，得到最终控制量u，将u输入到PWM整流器得到控制输出u_dc；

其实现过程如下：电压外环采用一阶自抗扰控制器，让直流环节电压u_dc快速、稳定的跟踪参考值u_dcr；电流内环为了保证动态特性选取P控制器，使实际网侧电流i_s较好跟踪给定网侧电流i^*_s，其最终输出是调制信号的指令值u*_ab；

结合脉冲整流器状态空间模型，考虑脉冲整流器的理想状态，忽略损耗及储能，根据能量守恒，考虑支撑电容C_d，则有：

式中，U_d和I_d为直流侧电压和直流侧电流，直流电压外环控制器中采用最优控制函数f_al实现对被控对象的跟踪控制；

得：

具体控制算法如下：

式中：k为比例系数；a为滤波因子；d为非线性因子。

2.根据权利要求1所述的基于自抗扰控制的高铁牵引网低频振荡抑制方法，其特征在于，在所述步骤a)中，TD通过matlabS函数来实现，具体算法如下：

式中u_dc1为安排的过渡过程，跟踪直流环节电压参考值u_dcr；u_dc2为u_dc1的广义导数；过渡过程快慢由可调参数r决定，r的取值与跟踪速成正比；h₀为采样步长，fhan为最优控制综合函数，h为积分步长。

3.根据权利要求1所述的基于自抗扰控制的高铁牵引网低频振荡抑制方法，其特征在于，ESO亦通过在matlab编写S函数来实现，具体算法如下：

式中e为系统误差，z₁为直流环节电压u_dc的跟踪信号，z₂为总扰动f(t)的估计值，β₁、β₂为输出误差调整系数的可调参数，b为动态补偿因子，a为滤波因子；d为非线性因子，sgn(e)为符号函数，fal为最优控制函数，h为积分步长。

4.根据权利要求1所述的基于自抗扰控制的高铁牵引网低频振荡抑制方法，其特征在于，

NLSEF也是通过在matlab编写S函数来实现，具体算法如下：

式中e₀为系统误差，z₁为直流环节电压u_dc的跟踪信号，k为比例系数，为可调参数，a为滤波因子；d为非线性因子，z₂/b扰动补偿，z₂为总扰动f(t)的估计值，b为动态补偿因子。