[发明专利]一种通用的多周期多谐振控制器设计方法及控制器

说明书

本发明公开了一种通用的多周期多谐振控制器设计方法及控制器，可用于可编程交流电源、电力变换器、伺服电机等多种装置。本发明针对控制对象选取并设计出一种常规反馈控制器以得到稳定的反馈控制系统；将多周期多谐振控制器插入到稳定的反馈控制回路中，并进一步设计出多周期多谐振控制以形成稳定的多周期多谐振控制系统，从而快速、准确和鲁棒地跟踪或消除周期性信号或干扰。本发明为对含多个不相关基波频率的多周期信号的各种工业装置实施精确跟踪、消除周期信号或扰动，提供简便有效的高性能控制解决方案。

技术领域

本发明属于工业控制领域，特别涉及一种通用的多周期多谐振控制器设计方法及控制器，可用于可编程交流电源、电力变换器、伺服电机等多种装置对含多个不相关基波频率的多周期信号实施精确跟踪或消除对应谐波。

背景技术

对于可编程交流电源、电机驱动装置等多种设备而言，系统的性能往往取决于对其对周期性信号的控制性能的优劣，例如，可编程交流电源要求能准确地产生各种频率和波形的交流电压，以模拟各种类型的电力线路干扰等场景用于各种电力设备的测试。由于可编程交流电源等设备的实际输出电压或电流中除了所期望的正弦基波信号，往往还伴生有显著的谐波畸变干扰，因而其控制系统不仅要求能够精确追踪基波信号，而且能准确地消除主要的谐波畸变。作为正弦信号的“广义积分器”，谐振控制器可以对任何频率已知的正弦信号实施零误差跟踪或抑制，从而准确地产生所需的正弦电压。而对于含多次谐波的周期信号而言，通过将多个谐振控制器并联组合形成多谐振控制器，可以对任一频率已知、波形任意的周期信号实施精确调节控制。同理，当可编程交流电源等设备用来产生所需的含有多个不相关基波频率分量(即各基波频率的周期之比为非整数)的多周期交流电压/电流时，可将相应的各个多谐振控制器简单地并联形成多周期多谐振控制器，则可对该类多周期信号实施精确控制。然而，若采用多周期多谐振控制方案时，往往由于控制器参数众多，多周期多谐振控制器的设计和实现均存在较大的困难。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，而提出的一种通用的多周期多谐振控制器设计方法及控制器，为各种的工业装置跟踪或消除多周期信号或扰动提供一种通用简便有效的高性能控制解决方案。

为实现上述目的，本发明所设计的一种通用的多周期多谐振控制器设计方法，其特殊之处在于，所述方法包括如下步骤：

1)针对控制对象G_p(z)设计出一种常规反馈控制器G_c(z)，得到该反馈控制系统的传递函数H(z)

其中，y₀(z)为反馈控制器G_c(z)控制下的系统输出，r(z)为系统的参考输入量，令系统传递函数H(z)的特征方程1+G_c(z)G_p(z)＝0的所有根均在以原点为中心的单位圆内，以得到稳定的闭环反馈控制系统；

2)通过对所述闭环反馈控制系统输出电压进行傅里叶分析，得到各次谐波的含量，选择各谐波对应阶次的谐振控制器，将多谐振控制器G_M(z)插入到所述稳定的闭环反馈控制系统中，

其中，ω_n,i为第i个基波频率的第n次谐波的角频率，m为谐振基波频率的个数，N_n,i为第i个基波频率所对应的谐波阶次的集合；G_n,i(z)为对应谐振频率ω＝ω_n,i的谐振控制器，z为将系统模型从时域变换到离散域的变换算子，k_n,i为谐振增益，F_n,i(z)为系统补偿器，θ_n,i为延迟补偿角，T_s为系统的采样周期；

3)设计多谐振控制以形成稳定的多周期多谐振控制系统，即所述多周期多谐振控制系统的传递函数的特征方程1+G_M(z)H(z)＝0的所有根均在以原点为中心的单位圆内，