基于滑模变结构的TCR控制系统研究

基于滑模变结构的TCR控制系统研究

吴璇付娟娟胡忠钢

（国网徐州供电公司江苏徐州221005）

摘要：本文阐述了滑模变结构控制的基本原理及其特点，推导出TCR型SVC的数学模型，在MATLAB/SIMULINK仿真环境下验证了其控制效果。

关键词：电力系统；滑模变结构；TCR控制系统

0引言

随着电力电子技术的发展，基于晶闸管的静止无功补偿技术得到长足的发展，SVC就是一种基于晶闸管的静止无功补偿装置。选择一种合适的控制策略是对系统无功缺额进行精确快速补偿的关键之一。滑模变结构控制是近代非线性控制理论中的一朵奇葩，因其快速的响应、良好的动态品质以及比鲁棒性更加优越的完全自适应性在机器人、空间飞行器等领域得到广泛应用。[1-2]考虑到电力系统也是一个大的非线性、变参数的系统，应用滑模变结构的控制策略对TCR型SVC进行改造，进一步挖掘其工作潜能。

1滑模变结构基本原理

考虑一般的情况，在系统

（1-1）

的状态空间中，有一个切换面，它将状态空间分成上下两部分s>0及s<0。在切换面上的运动点可分为三种类型，如图1-1所示。

图1-1切换面上三种点的特性

通常点——如图1-1中点A，系统运动点运动到切换面s=0附近时，穿越此点而过；起始点——如图1-1中点B，系统运动点到达切换面s=0附近时，从切换面的两边离开该点；终止点——如图1-1中点C，系统运动点到达切换面s=0附近时，从切换面的两边趋向于该点；

定义“滑动模态”区为在切换面s=0所有点都是终止点的区域，控制系统在滑模区中的运动就叫做“滑模运动”。系统本身也就稳定于条件s=0。由图1-1可知，滑模变结构控制系统中发生的运动过程可以分成两个部分：非滑动模态和滑动模态。非滑动模态也可称为趋近运动，即从任一初始状态于有限时间内到达切换面的运动；滑动模态是指控制系统在滑模面上的运动。选择合适的控制函数将使其趋近过程品质得到提高，选择合适的切换函数将使滑动模态的运动品质得到改善。

2TCR控制系统数学模型

假设触发角与输出电流在足够短的段内是线性的，输入量是触发电路的指令电流I，输出量是TCR电流。本文TCR型SVC控制系统数学模型参数如下：死区时间=6.67ms，触发延迟时间=3ms；为输入输出比例系数，在本文取1。则I与的开环传递函数可近似成：

（2-1）

控制率（2-2）

其中，切换函数，c为系数；采用指数趋近率，，其中，。

3TCR控制系统仿真

运用MATLAB仿真软件对上述的TCR控制系统模型进行仿真，仿真参数为：采用指数趋近律，趋近率参数ε=5，k=10；系统切换函数中系数c＝5。正弦跟踪效果及控制系统特性如图3-1至图3-4所示：

图3-1正弦跟踪误差

图3-2正弦跟踪相轨迹

图3-3切换函数变化特性

图3-4控制率输出特性

图3-1至图3-4详细描绘了滑模控制系统的优良跟踪特性。从图3-3可以看出，经过大约0.2ms，切换函数第一次过零点，控制系统运动点到达切换面，此后控制率u随着切换函数的正负而不断切换（如图3-4），约1ms后，跟踪误差基本为零（如图3-1），此后指令电流和实际电流基本重合，正弦跟踪的效果非常完美。

4结论

基于滑模变结构的TCR控制系统控制与传统控制系统比有明显的优势，系统的滑模运动与控制对象的参数变化和系统的外界干扰无关，并且拥有优越的快速性和跟踪精度，对阶跃信号可以快速地达到稳态，对正弦信号可以实现无静差跟随。但是，从绘制出的控制系统相轨迹曲线（如图3-2）可以看到，当控制系统趋于稳态时，速度跟踪（即误差的导数）出现抖动，它被控制系统牢牢地吸引在斜率为-c的直线附近选择不同的切换函数中参数c的值，这可以对控制系统的动态品质进行调整。由于篇幅限制，后续将对此问题继续展开研究。

参考文献：

[1]高为炳.滑模变结构原理与设计方法[M].科学出版社，1996.

[2]白玥.基于SIMADYND的全数字动态无功功率补偿控制系统研究[D].中国矿业大学，2001.

[3]丁仁杰，刘健等.一种基于瞬时无功功率理论的SVC控制方法[J].电工技术学报，2006（5）.

作者简介：

吴璇（1987-），女，研究生，工程师，主要从事电网调控运行工作