专利摘要

专利摘要

本发明公开了一种基于T-S模糊建模的有源滤波器智能电流跟踪控制方法，涉及有源电力滤波器的电流控制方法，在有源滤波器非线性模型的基础上建立其T-S模型，其T-S模型由3条控制规则组成，通过单点模糊化、乘积推理和中心平均加权反模糊化得到其模糊动态系统模型；根据期望的动态响应设计参考模型；然后基于并行分配补偿法对每一个T-S模糊子模型设计局部线性状态反馈控制器，使其模糊动态系统模型轨迹跟踪参考模型轨迹；由于参数不确定性和外界干扰的存在，其T-S模糊模型参数未知，设计参数估计器；并且基于Lyapunov理论设计一种改进型自适应控制算法，从而使电流控制误差和参数估计误差全局渐进稳定。

权利要求

1.基于T-S模糊建模的有源滤波器智能电流跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立有源滤波器非线性模型；

2)在有源滤波器非线性模型的基础上，建立其T-S模糊模型，并通过单点模糊化、乘积推理和中心平均加权反模糊化得到有源滤波器的T-S模糊动态系统模型；

3)根据并行分布补偿算法设计每一个T-S模糊子模型的局部线性状态反馈控制器，并通过单点模糊化、乘积推理和中心平均加权反模糊化得到局部线性状态反馈控制器的控制律；

4)设计参考模型；

5)考虑到参数不确定性和外界干扰的存在，对所述步骤2)建立的T-S模糊动态系统模型和所述步骤3)建立的局部线性状态反馈控制器的控制律进行改进，以使有源滤波器模糊动态系统模型轨迹跟踪参考模型轨迹；

6)根据李雅普诺夫函数理论设计自适应控制算法，使轨迹跟踪误差和参数估计误差渐进稳定。

2.根据权利要求1所述的基于T-S模糊建模的有源滤波器智能电流跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤1)建立有源滤波器的非线性模型包括以下步骤：

1-1)根据电路理论和基尔霍夫定理得到有源滤波器在abc坐标系下的数学模型如下：

其中，v₁,v₂,v₃分别为三相有源滤波器端电压，i₁,i₂,i₃分别为三相补偿电流，L_c为电感，R_c为电阻，v_1M,v_2M,v_3M,v_MN分别为M点到a、b、c、N点的电压；

1-2)定义开关函数，有源滤波器的数学模型式(1)变形为：

其中，v_dc为直流侧电容电压，c_k(k＝1,2,3)为开关函数，指示IGBT的工作状态，

所述开关函数c_k的定义为：

1-3)定义开关状态函数，有源滤波器的数学模型式(4)变形为：

其中，d_nk为开关状态函数，

所述开关状态函数d_nk的定义为：

n＝0,1,...,7，表示允许的开关状态；

1-4)将有源滤波器的数学模型式(8)进行abc/dq坐标变换，得到dq坐标系下的数学模型：

其中，ω为电源电压基波分量的角频率，即d、q轴的旋转角速度；d_nd、d_nq为dq坐标系下的开关状态函数；i_d、i_q为dq坐标系下的补偿电流；v_d、v_q为dq坐标系下的公共连接点PCC处电压。

3.根据权利要求1所述的基于T-S模糊建模的有源滤波器智能电流跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤2)建立有源滤波器T-S模糊模型，所述模型由三条IF-THEN模糊规则组成，具体规则形式如下：

Rule i:IF x₁is about M_i1and x₂is about M_i2

所述采用单点模糊化、乘积推理和平均加权反模糊化得到有源滤波器的T-S模糊动态系统模型如下：

其中，x为状态变量，x＝[x₁ x₂]^T＝[i_d i_q]^T，u为控制输入，u＝[u₁ u₂]^T＝[d_nd d_nq]^T，  μ_i(η)＝μ_i1(x₁)μ_i2(x₂)，μ_i1(x₁),μ_i2(x₂)是状态变量x₁,x₂关于模糊集M_i1,M_i2上的隶属度函数，B_i系数矩阵满足：

4.根据权利要求1所述的基于T-S模糊建模的有源滤波器智能电流跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤3)根据并行分布补偿算法设计每一个T-S模糊子模型的局部线性状态反馈控制器，所述控制器由3条IF-THEN规则组成，形式如下：

Rule i:IF x₁is about M_i1and x₂is about M_i2

THEN u＝-K_ix+l_ir i＝1,2,3

                               ；

采用单点模糊化、乘积推理和平均加权反模糊化可得局部线性状态反馈控制器的控制律  为：

其中， r为期望输入，l_i为可调增益。

5.根据权利要求1所述的基于T-S模糊建模的有源滤波器智能电流跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤4)参考模型为：

其中， x_m为参考状态变量，r为期望输入。

6.根据权利要求1所述的基于T-S模糊建模的有源滤波器智能电流跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤5)中，

所述T-S模糊动态系统模型改进为：

其中，A_s为任意稳定矩阵；

所述局部线性状态反馈控制器的控制律改进为：

其中 为 的估计值， 为bⁱ的估计值。

7.根据权利要求1所述的基于T-S模糊建模的有源滤波器智能电流跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤6)中，

李雅谱诺夫函数V为：

其中，e为估计误差， 为状态变量x的估计值，m_1i,m_2i,n_1i,n_2i是自适应增益参数，

P满足

A_sP+PA_s＝-I   (21)

所述自适应律设计为：

其中，f_1i,f_2i,g_1i,g_2i是自适应参数。

说明书

技术领域

本发明属于有源电力滤波技术，具体地说，涉及一种基于T-S模糊建模的有源滤波器智能电流跟踪控制方法。

背景技术

随着现代电力电子技术的大量推广和应用，各种功率电子设备越来越多，谐波、无功、不平衡等对电力系统产生了很大的影响，严重影响了供电品质，降低了发电设备、用电设备的工作性能和使用寿命，甚至危及电力系统的安全性。目前主要采用外加滤波器的方式进行治理，滤波器分为无源滤波器和有源滤波器(APF)两种。由于无源滤波器存在只能补偿特定谐波等缺陷，所以现在对电能问题的治理研究主要集中在有源滤波器。有源滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功，同时滤波特性不受系统阻抗的影响，因此成为了广泛研究和关注的热点。

由于难以获得被控对象精确的数学模型，传统的控制方案难以达到理想的控制效果。而T-S模糊模型的本质是一个非线性动力学模型可以看成是许多个局部线性模型的模糊逼近，T-S模糊模型由一组if-then规则来描述非线性系统，每一个规则代表一个子系统，整个模糊系统即为各个子系统的线性组合。模糊控制是以模糊集理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种智能控制方法，它首先将操作人员或专家经验变成模糊规则，然后将由传感器来的实时信号模糊化，将模糊化得信号作为模糊规则的输入，完成模糊推理，最终将推理后得到的输出量加到执行器上，实现系统的模糊控制。自适应模糊控制是具有自适应学习的模糊逻辑系统，其可以任意设定控制对象参数的初始值，然后通过设计控制器参数的自适应算法，调节自适应参数，实时在线更新控制器参数，来保证任意初始值下系统控制的快速性和稳定性。所以有必要采用T-S模糊模型对有源滤波器进行控制。但是，迄今为止，存在的专利虽然都从不同的侧面对有源电力滤波器控制展开研究，但尚未有应用T-S模糊模型和李雅谱诺夫理论对有源电力滤波器进行电流跟踪控制和动态补偿。

发明内容

为了弥补避免传统有源电力滤波器控制系统的不足，本发明提出一种基于T-S建模的有源滤波器智能电流跟踪控制方法，在有源滤波器非线性模型的基础上建立其T-S模型，然后在其T-S模型的基础上，基于并行分布补偿控制算法设计控制器，并且基于Lyapunov方法设计参数的自适应算法，确保了整个控制系统的全局渐进稳定，提高了系统对参数变化的鲁 棒性，避免了因参数不确定性对系统带来的不良影响。

本发明采用的技术方案是：

基于T-S模糊建模的有源滤波器智能自适应电流跟踪控制方法，包括以下步骤：

1)建立有源滤波器非线性模型；

2)在有源滤波器非线性模型的基础上，建立其T-S模糊模型，并通过单点模糊化、乘积推理和中心平均加权反模糊化得到有源滤波器的T-S模糊动态系统模型；

3)根据并行分布补偿算法设计每一个T-S模糊子模型的局部线性状态反馈控制器，并通过单点模糊化、乘积推理和中心平均加权反模糊化得到局部线性状态反馈控制器的控制律；

4)设计参考模型；

5)考虑到参数不确定性和外界干扰的存在，对所述步骤2)建立的T-S模糊动态系统模型和所述步骤3)建立的局部线性状态反馈控制器的控制律进行改进，以使有源滤波器模糊动态系统模型轨迹跟踪参考模型轨迹；

6)根据李雅普诺夫函数理论设计自适应控制算法，使轨迹跟踪误差和参数估计误差渐进稳定。

前述的步骤1)建立有源滤波器的非线性模型包括以下步骤：

1-1)根据电路理论和基尔霍夫定理得到有源滤波器在abc坐标系下的数学模型如下：

v1=Lcdi1dt+Rci1+v1M+vMNv2=Lcdi2dt+Rci2+v2M+vMNv3=Lcdi3dt+Rci3+v3M+vMN---(1)]]>

其中，v₁,v₂,v₃分别为三相有源滤波器端电压，i₁,i₂,i₃分别为三相补偿电流，L_c为电感，R_c为电阻，v_1M,v_2M,v_3M,v_MN分别为M点到a、b、c、N点的电压；

1-2)定义开关函数，有源滤波器的数学模型式(1)变形为：

di1dt=-RcLci1+v1Lc-vdcLc(c1-13Σm=13cm)di2dt=-RcLci2+v2Lc-vdcLc(c2-13Σm=13cm)di3dt=-RcLci3+v3Lc-vdcLc(c3-13Σm=13cm)---(4)]]>

其中，v_dc为直流侧电容电压，c_k(k＝1,2,3)为开关函数，指示IGBT的工作状态，

所述开关函数c_k的定义为： 

1-3)定义开关状态函数，有源滤波器的数学模型式(4)变形为：

di1dt=-RcLci1+v1Lc-vdcLcdn1di2dt=-RcLci2+v2Lc-vdcLcdn2dvdcdt=1C(2dn1+dn2)i1+1C(dn1+2dn2)i2---(8)]]>

其中，d_nk为开关状态函数，

所述开关状态函数d_nk的定义为：

n＝0,1,...,7，表示允许的开关状态；

1-4)将有源滤波器的数学模型式(8)进行abc/dq坐标变换，得到dq坐标系下的数学模型：

diddt=-RcLcid+vdLc+ωiq-vdcLcdnddiqdt=-RcLciq+vqLc-ωid-vdcLcdnqdvdcdt=1Cdndid+1Cdnqiq---(10)]]>

其中，ω为电源电压基波分量的角频率，即d、q轴的旋转角速度；d_nd、d_nq为dq坐标系下的开关状态函数；i_d、i_q为dq坐标系下的补偿电流；v_d、v_q为dq坐标系下的公共连接点PCC处电压。

前述的步骤2)建立有源滤波器T-S模糊模型，所述模型由三条IF-THEN模糊规则组成，具体规则形式如下：

Rule i:IF x₁ is about M_i1 and x₂ is about M_i2

所述采用单点模糊化、乘积推理和平均加权反模糊化得到有源滤波器的T-S模糊动态系统模型如下：

x·=Σi=13μi(η)[Aix+Biu]Σi=13μi(η)---(12)]]>

其中，x为状态变量，x＝[x₁x₂]^T＝[i_di_q]^T，u为控制输入，u＝[u₁u₂]^T＝[d_ndd_nq]^T， Ai=a11ia12ia21ia22i,]]>Bi=b11ib12ib21ib22i,]]>μ_i(η)＝μ_i1(x₁)μ_i2(x₂)，μ_i1(x₁),μ_i2(x₂)是状态变量x₁,x₂关于模糊集M_i1,M_i2上的隶属度函数，B_i系数矩阵满足：

前述的步骤3)根据并行分布补偿算法设计每一个T-S模糊子模型的局部线性状态反馈控制器，所述控制器由3条IF-THEN规则组成，形式如下：

Rule i:IF x₁ is about M_i1 and x₂ is about M_i2

采用单点模糊化、乘积推理和平均加权反模糊化可得局部线性状态反馈控制器的控制律  为：

其中，Ki=a11i-a11ma12i-a12ma21i-a21ma22i-a22m,]]>r为期望输入，l_i为可调增益。

前述的步骤4)参考模型为： 

x·m=Amxm+Bmr---(14)]]>

其中，Am=a11ma12ma21ma22m,]]>Bm=b11mb12mb21mb22m,]]>x_m为参考状态变量，r为期望输入。

前述的步骤5)中，

所述T-S模糊动态系统模型改进为：

x·=Asx+Σi=13μi(η)[(Ai-As)x+Biu]Σi=13μi(η)---(16)]]>

其中，A_s为任意稳定矩阵；

所述局部线性状态反馈控制器的控制律改进为：

其中K^i=a^11i-a11ma^12i-a12ma^21i-a21ma^22i-a22m,]]>A^i=a^11ia^12ia^21ia^22i]]>为Ai=a11ia12ia21ia22i]]>的估计值， 为bⁱ的估 计值。

前述的步骤6)中，

李雅谱诺夫函数V为：

V=eTPe+Σi=13a~1ia~1iTm1i+Σi=13a~2ia~2iTm2i+Σi=13b~1ib~1iTn1i+Σi=13b~2ib~2iTn2i---(20)]]>

其中，e为估计误差， 为状态变量x的估计值，m_1i,m_2i,n_1i,n_2i是自适应增益参数，

P满足

A_sP+PA_s＝-I   (21)

A~i=a~1ia~2iT,]]>a~1i=a^1i-a1i,]]>a^1i=a^11ia^12i,]]>a1i=a11ia12i,]]>a~2i=a^2i-a2i,]]>

a^2i=a^21ia^22i,]]>a2i=a21ia22i;]]>B~i=b~1ib~2iT,]]>b~1i=b^1i-b1i,]]>b^1i=b^11ib^12i,]]>b1i=b11ib12i,]]>

b~2i=b^2i-b2i,]]>b^2i=b^21ib^22i,]]>b2i=b21ib22i;]]>

所述自适应律设计为：

a~·1i=m1iμi(η)Σi=13μi(η)p1TexT-f1isgn(a~1i)---(23)]]>

a~·2i=m2iμi(η)Σi=13μi(η)p2TexT-f2isgn(a~2i)---(24)]]>

b~·1i=n1iμi(η)Σi=13μi(η)p1TeuT-g1isgn(b~1i)---(25)]]>

b~·2i=n2iμi(η)Σi=13μi(η)p2TeuT-g2isgn(b~2i)---(26)]]>

其中，f_1i,f_2i,g_1i,g_2i是自适应参数。

由上说明的技术方案可以看出本发明的有益效果在：本发明能够在有源滤波器T-S模糊模型参数未知的情况下，对有源滤波器的指令电流进行精确的追踪控制，并能保证电流跟踪控制误差和参数估计误差全局渐进稳定，改进后的自适应模糊控制避免了因参数不确定性对系统带来的不良影响，提高了系统的动态性能指标，如电流跟踪能力和总谐波因数，进一步确保了系统在负载电网环境下实时进行谐波补偿的能力。

附图说明

图1为并联型APF的主电路结构图；

图2为本发明的自适应模糊控制原理框图；

图3为实施例中x的隶属度函数；

图4(a)为实施例中负载电流；

图4(b)为实施例中负载电流的频谱分析；

图5(a)为实施例中采用自适应模糊控制器的电源电流；

图5(b)为实施例中采用自适应模糊控制器的电源电流频谱分析；

图6(a)为实施例中负载突变下的负载电流；

图6(b)为实施例中采用自适应模糊控制的负载突变下的电源电流；

图7(a)为实施例中不平衡负载下的负载电流；

图7(b)为实施例中采用自适应模糊控制的不平衡负载下的电源电流；

图8(a)为实施例中不平衡电压；

图8(b)为实施例中不平衡电压下的负载电流；

基于T-S模糊建模的有源滤波器智能电流跟踪控制方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。