[发明专利]一种自适应变增益快速响应锁相环改进方法

权利要求书

1.一种自适应变增益快速响应锁相环改进方法，包括：建立同步坐标系的锁相环非线性数学模型，得到含非线性鉴相环节的锁相环开环传递函数；根据传递函数的截止频率ω_c与输入偏差e的关系，构建变增益函数F(e)；利用F(e)改造传统PI控制器，设计自适应积分增益代替传统锁相环的积分增益k_i，得到自适应变增益锁相环系统；建立系统闭环等效线性模型，并进行时域分析；

所述的含非线性鉴相环节的锁相环开环传递函数，其特征在于：

将三相静止坐标系中的电网电压u_a、u_b、u_c，通过Clark变换转换为两相静止坐标系中电压u_α、u_β；

然后利用Park变换将u_α、u_β转换为两相旋转坐标系下的u_d、u_q

其中为锁相环的输出角度反馈；鉴相环节利用趋于0时，的方式实现，因此锁相环模型存在非线性部分Asine，其中，θ为A相电网电压角度，为输入偏差；为同步坐标系下的电压矢量幅值；

从而得到非线性开环传递函数为

其中k_p为锁相环系统的比例增益，k_i为传统锁相环的积分增益，K(e)＝Asine/e为非线性增益，随输入偏差变化而变化。

2.根据权利要求1所述的自适应变增益快速响应锁相环改进方法，其特征在于，将鉴相环节对输入偏差的影响考虑成为变增益项，利用频域分析截止频率ω_c；

令输入偏差e由0～π变化，得到截止频率ω_c与输入偏差e的关系曲线和变积分常数u_q/e与输入偏差e关系曲线，两者均随着输入偏差e的增大而减小，系统非线性程度大；在-π～0区间，关系曲线与0～π的曲线成镜像对称关系；

构建变增益函数F(e)

式中，k_c为自适应变增益锁相环系统的调节参数。

3.根据权利要求2所述的自适应变增益快速响应锁相环改进方法，其特征在于：

利用变增益函数对锁相环控制器的积分常数进行改造

式中，k_i为传统锁相环的积分增益，k_c为自适应变增益锁相环系统的调节参数。

4.根据权利要求3所述的自适应变增益快速响应锁相环改进方法，其特征在于：

建立系统闭环等效线性模型

自然频率ω_n与阻尼系数ξ的关系式如下：

自适应积分增益明显小于传统锁相环的积分增益k_i，因此当代替k_i时，阻尼系数ξ增大，自然频率相应减小，但是ω_n减小速度跟不上ξ增大的速度；在欠阻尼情况下，系统的输入响应随着时间的增长最终衰减到稳态值，其衰减速度主要取决于衰减系数σ＝ξω_n；通过调整自适应变增益锁相环系统的调节参数k_c，增大欠阻尼系数，增大衰减速度，加快响应速度。