搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于脉冲宽度调制的滑模变结构控制的一阶H桥逆变器的分岔和混沌行为研究

郝翔 谢瑞良 杨旭 刘韬 黄浪

引用本文:
Citation:

基于脉冲宽度调制的滑模变结构控制的一阶H桥逆变器的分岔和混沌行为研究

郝翔, 谢瑞良, 杨旭, 刘韬, 黄浪

Bifurcation and chaos in sliding mode controlled first-order h-bridge inverter based on pulse width modulation

Hao Xiang, Xie Rui-Liang, Yang Xu, Liu Tao, Huang Lang
PDF
导出引用
  • 滑模变结构控制是一种在宽工作范围具有快速响应和高稳定性的鲁棒控制, 因而被广泛地应用于逆变器控制中. 滑模控制的逆变器本质上是一种由非线性控制方式控制的时变非线性系统, 具有复杂的动力学行为. 本文以基于脉冲宽度调制的滑模变结构控制的一阶H桥逆变器为例, 首先观察不同滑模变结构控制器参数下系统的输出波形, 发现了一种多种倍数的倍周期同时存在的新型分岔现象; 其次, 使用频闪映射方法建立系统的离散迭代模型, 并利用折叠图法分析输出波形. 通过分析可知系统不能以这种新型分岔为道路通向混沌. 此外, 在工程应用中十分关心系统稳定性, 但是由于滑模变结构控制器的非线性特性, 常规解析方法都已不再适用于对系统进行分析, 而图解法又难以满足精度要求. 因此, 本文提出了一种新的适用于滑模变结构控制的逆变器的快变尺度稳定性的判断依据, 经验证该判据可以准确地判断系统是否处于稳定运行状态, 进而为滑模变结构控制器的参数设计提供可靠依据.
    Sliding mode control (SMC) is recognized as a robust controller with fast dynamic response and high stability in a wide range of operating conditions, and therefore it is widely used in the control of inverter. The sliding mode controlled inverter is in nature a nonlinear controlled time-varying nonlinear system, and it has complicated nonlinear behaviors in practice. In this paper the sliding mode controlled first-order H-bridge inverter based on pulse width modulation is taken for example. First, through observation of the waveforms under different SMC parameters, a new type of bifurcation is discovered for the first time, in which diverse multi-period bifurcations exist at the same time. Second, the discrete time iterative model is established for the system and the folded diagram is employed to observe the waveforms. These analyses of current waveforms prove that the new type of bifurcation proposed in this paper is not a route to chaos. Moreover, the stability of the system is much concerned in engineering applications. However, because of the nonlinear characteristics of sliding mode controller, the method using eigenvalues of Jacobian matrix and other analytical methods are unsuitable for the system, and the graphic methods are not accurate enough. Finally, a criterion of fast-scale stability which can accurately distinguish the stability of the system is proposed, and it can be used to provide reliable reference for the parameter design of sliding mode controller.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51177129)和国家高技术研究发展计划 (批准号: 2011AA05A305)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51177129) and the National High Technology Research and Deve-lopment Program of China (Grant No. 2011AA05A305).
    [1]

    Ma X K, Li M, Dai D, Zhang H, Zou J L 2006 Trans. CES 21 1 (in Chinese) [马西奎, 李明, 戴栋, 张浩, 邹建龙 2006 电工技术学报 21 1]

    [2]

    Iu H H C, Zhou Y, Tse C K 2003 Int. J. Circ. Theor. Appl. 31 611

    [3]

    Wang X M, Zhang B, Qiu D Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 2248 (in Chinese) [王学梅, 张波, 丘东元 2009 物理学报 58 2248]

    [4]

    Zhang B, Qu Y 2003 Proc. CSEE 23 99 (in Chinese) [张波, 曲颖 2003 电工技术学报 23 99]

    [5]

    Luo X S, Wang B H, Chen G R, Quan H J, Fang J Q, Zou Y L, Jiang P Q 2003 Acta Phys. Sin. 52 12 (in Chinese) [罗晓曙, 汪秉宏, 陈关荣, 全宏俊, 方锦清, 邹艳丽, 蒋品群 2003 物理学报 52 12]

    [6]

    Aroudi A, Debbat M, Giral R, Oliver G, Benadero L, Toribio E 2005 Int. J. Bifurcation and Chaos 15 1549

    [7]

    Yang R, Zhang B 2007 Acta Phys. Sin. 56 3789 (in Chinese) [杨汝, 张波 2007 物理学报 56 3789]

    [8]

    Liu W Z, Zhang H, Ma X K 2005 Proc. CSEE 25 43 (in Chinese) [刘伟增, 张浩, 马西奎 2005 电机工程学报 25 43]

    [9]

    Ma X K, Liu W Z, Zhang H 2005 Proc. CSEE 25 61 (in Chinese) [马西奎, 刘伟增, 张浩 2005 电机工程学报 25 61]

    [10]

    Dai D, Zhang B, Li S N, Ma X K 2008 Trans. CES 23 65 (in Chinese) [戴栋, 张波, 李胜男, 马西奎 2008 电工技术学报 23 65]

    [11]

    Robert B, Feki M, Iu H H C 2006 Int. J. Bifurcation and Chaos 16 113

    [12]

    Lei B, Xiao G C, Wu X L, Qi Y R 2011 Acta Phys. Sin. 60 122 (in Chinese) [雷博, 肖国春, 吴旋律, 齐元瑞 2011 物理学报 60 122]

    [13]

    Lei B, Xiao G C, Wu X L 2012 Acta Phys. Sin. 61 153 (in Chinese) [雷博, 肖国春, 吴旋律 2012 物理学报 61 153]

    [14]

    Liu T, Hao X, Yang X, Liu J, Zhang B, Huang L 2012 Proc. IEEE IPEMC Harbin, China, June, 2012, 1 p626

    [15]

    Liu T, Hao X, Yang X, Zhao M, Huang Q, Huang L 2012 Proc. IEEE IPEMC Harbin, China, June, 2012, 1 p335

    [16]

    Liu T, Hao X, Yang X, Zhao M, Xiong L 2012 Proc. IEEE ISIE Hangzhou, China, May, 2012, p86

    [17]

    Hao X, Liu T, Yang X, Huang L 2012 Proc. IEEE IPEMC Harbin, China, June, 2012, 2 p831

    [18]

    Hao X, Yang X, Liu T, Huang L, Chen W 2013 IEEE Trans. Power Electron. 28 793

    [19]

    Hu J, Shang L, He Y, Zhu Z Q 2011 IEEE Trans. Power Electron. 26 210

    [20]

    Wai R J, Wang W H 2008 IEEE Trans. Circuits Syst. 55 240

    [21]

    Kukrer O, Komurcugil H, Doganalp.A 2009 IEEE Trans. Ind. Electron. 56 3477

    [22]

    Abrishamifar A, Ahmad A A, Mohamadian M 2012 IEEE Trans. Power Electron. 27 2507

    [23]

    Chen Y, Kang Y 2011 IEEE Trans. Power Electron. 26 2727

    [24]

    Yu D C, Wu A G, Yang C P 2005 Chin. Phys. 14 914

    [25]

    Chen D Y, Liu Y X, Ma X Y, Zhang R F 2011 Chin. Phys. B 20 120506

    [26]

    Mohammad P A, Hassan F 2012 Chin. Phys. B 21 060506

    [27]

    Wang X M, Zhang B 2009 Proc. CSEE 29 22 (in Chinese) [王学梅, 张波 2009 电机工程学报 29 22]

    [28]

    Wang X M, Zhang B 2009 Trans. CES 24 101 (in Chinese) [王学梅, 张波 2009 电工技术学报 24 101]

  • [1]

    Ma X K, Li M, Dai D, Zhang H, Zou J L 2006 Trans. CES 21 1 (in Chinese) [马西奎, 李明, 戴栋, 张浩, 邹建龙 2006 电工技术学报 21 1]

    [2]

    Iu H H C, Zhou Y, Tse C K 2003 Int. J. Circ. Theor. Appl. 31 611

    [3]

    Wang X M, Zhang B, Qiu D Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 2248 (in Chinese) [王学梅, 张波, 丘东元 2009 物理学报 58 2248]

    [4]

    Zhang B, Qu Y 2003 Proc. CSEE 23 99 (in Chinese) [张波, 曲颖 2003 电工技术学报 23 99]

    [5]

    Luo X S, Wang B H, Chen G R, Quan H J, Fang J Q, Zou Y L, Jiang P Q 2003 Acta Phys. Sin. 52 12 (in Chinese) [罗晓曙, 汪秉宏, 陈关荣, 全宏俊, 方锦清, 邹艳丽, 蒋品群 2003 物理学报 52 12]

    [6]

    Aroudi A, Debbat M, Giral R, Oliver G, Benadero L, Toribio E 2005 Int. J. Bifurcation and Chaos 15 1549

    [7]

    Yang R, Zhang B 2007 Acta Phys. Sin. 56 3789 (in Chinese) [杨汝, 张波 2007 物理学报 56 3789]

    [8]

    Liu W Z, Zhang H, Ma X K 2005 Proc. CSEE 25 43 (in Chinese) [刘伟增, 张浩, 马西奎 2005 电机工程学报 25 43]

    [9]

    Ma X K, Liu W Z, Zhang H 2005 Proc. CSEE 25 61 (in Chinese) [马西奎, 刘伟增, 张浩 2005 电机工程学报 25 61]

    [10]

    Dai D, Zhang B, Li S N, Ma X K 2008 Trans. CES 23 65 (in Chinese) [戴栋, 张波, 李胜男, 马西奎 2008 电工技术学报 23 65]

    [11]

    Robert B, Feki M, Iu H H C 2006 Int. J. Bifurcation and Chaos 16 113

    [12]

    Lei B, Xiao G C, Wu X L, Qi Y R 2011 Acta Phys. Sin. 60 122 (in Chinese) [雷博, 肖国春, 吴旋律, 齐元瑞 2011 物理学报 60 122]

    [13]

    Lei B, Xiao G C, Wu X L 2012 Acta Phys. Sin. 61 153 (in Chinese) [雷博, 肖国春, 吴旋律 2012 物理学报 61 153]

    [14]

    Liu T, Hao X, Yang X, Liu J, Zhang B, Huang L 2012 Proc. IEEE IPEMC Harbin, China, June, 2012, 1 p626

    [15]

    Liu T, Hao X, Yang X, Zhao M, Huang Q, Huang L 2012 Proc. IEEE IPEMC Harbin, China, June, 2012, 1 p335

    [16]

    Liu T, Hao X, Yang X, Zhao M, Xiong L 2012 Proc. IEEE ISIE Hangzhou, China, May, 2012, p86

    [17]

    Hao X, Liu T, Yang X, Huang L 2012 Proc. IEEE IPEMC Harbin, China, June, 2012, 2 p831

    [18]

    Hao X, Yang X, Liu T, Huang L, Chen W 2013 IEEE Trans. Power Electron. 28 793

    [19]

    Hu J, Shang L, He Y, Zhu Z Q 2011 IEEE Trans. Power Electron. 26 210

    [20]

    Wai R J, Wang W H 2008 IEEE Trans. Circuits Syst. 55 240

    [21]

    Kukrer O, Komurcugil H, Doganalp.A 2009 IEEE Trans. Ind. Electron. 56 3477

    [22]

    Abrishamifar A, Ahmad A A, Mohamadian M 2012 IEEE Trans. Power Electron. 27 2507

    [23]

    Chen Y, Kang Y 2011 IEEE Trans. Power Electron. 26 2727

    [24]

    Yu D C, Wu A G, Yang C P 2005 Chin. Phys. 14 914

    [25]

    Chen D Y, Liu Y X, Ma X Y, Zhang R F 2011 Chin. Phys. B 20 120506

    [26]

    Mohammad P A, Hassan F 2012 Chin. Phys. B 21 060506

    [27]

    Wang X M, Zhang B 2009 Proc. CSEE 29 22 (in Chinese) [王学梅, 张波 2009 电机工程学报 29 22]

    [28]

    Wang X M, Zhang B 2009 Trans. CES 24 101 (in Chinese) [王学梅, 张波 2009 电工技术学报 24 101]

  • [1] 李欢, 叶小球, 唐俊, 敖冰云, 高涛. Li-Y-H三元氢化物的结构和稳定性研究. 物理学报, 2022, 71(1): 017401. doi: 10.7498/aps.71.20210824
    [2] 龚仁喜, 尹志红. 一种单相H桥光伏逆变器混沌控制方法. 物理学报, 2021, 70(2): 020501. doi: 10.7498/aps.70.20200982
    [3] 吴学礼, 刘杰, 张建华, 王英. 基于不确定性变时滞分数阶超混沌系统的滑模自适应鲁棒的同步控制. 物理学报, 2014, 63(16): 160507. doi: 10.7498/aps.63.160507
    [4] 朱霖河, 赵洪涌. 时滞惯性神经网络的稳定性和分岔控制. 物理学报, 2014, 63(9): 090203. doi: 10.7498/aps.63.090203
    [5] 闵富红, 马美玲, 翟炜, 王恩荣. 基于继电特性函数的互联电力系统混沌控制. 物理学报, 2014, 63(5): 050504. doi: 10.7498/aps.63.050504
    [6] 刘洪臣, 杨爽. 单相H桥逆变器单极性正弦脉宽调制下的分岔及混沌行为研究. 物理学报, 2013, 62(21): 210502. doi: 10.7498/aps.62.210502
    [7] 刘洪臣, 王云, 苏振霞. 单相三电平H桥逆变器分岔现象的研究. 物理学报, 2013, 62(24): 240506. doi: 10.7498/aps.62.240506
    [8] 刘洪臣, 李飞, 杨爽. 基于周期性扩频的单相H桥逆变器非线性现象的研究. 物理学报, 2013, 62(11): 110504. doi: 10.7498/aps.62.110504
    [9] 吴军科, 周雒维, 卢伟国. 电压型逆变器的通用分岔控制策略研究. 物理学报, 2012, 61(21): 210202. doi: 10.7498/aps.61.210202
    [10] 胡乃红, 周宇飞, 陈军宁. 单相SPWM逆变器快标分叉控制及其稳定性分析. 物理学报, 2012, 61(13): 130504. doi: 10.7498/aps.61.130504
    [11] 陈帝伊, 申滔, 马孝义. 参数不定的旋转圆盘在有界扰动下混沌振动的滑模变结构控制. 物理学报, 2011, 60(5): 050505. doi: 10.7498/aps.60.050505
    [12] 王学梅, 丘东元, 张波. H桥正弦逆变器的快变和慢变稳定性及混沌行为研究. 物理学报, 2009, 58(4): 2248-2254. doi: 10.7498/aps.58.2248
    [13] 杨国良, 李惠光. 直驱式永磁同步风力发电机中混沌运动的滑模变结构控制. 物理学报, 2009, 58(11): 7552-7557. doi: 10.7498/aps.58.7552
    [14] 袁都奇. 弱相互作用费米气体的不稳定性判据. 物理学报, 2006, 55(8): 3912-3915. doi: 10.7498/aps.55.3912
    [15] 王兴元, 刘 明. 用滑模控制方法实现具有扇区非线性输入的主从混沌系统同步. 物理学报, 2005, 54(6): 2584-2589. doi: 10.7498/aps.54.2584
    [16] 黄良玉, 罗晓曙, 方锦清, 赵益波, 唐国宁. 用滑模变结构控制方法实现外腔反馈式半导体激光器的混沌控制. 物理学报, 2005, 54(2): 543-549. doi: 10.7498/aps.54.543
    [17] 张介秋, 梁昌洪, 王耕国, 朱家珍. 阿尔芬高斯波包演化为阿尔芬孤波的条件及阿尔芬波的调制不稳定性判据. 物理学报, 2003, 52(4): 890-895. doi: 10.7498/aps.52.890
    [18] 薛 郁. 随机计及相对速度的交通流跟驰模型. 物理学报, 2003, 52(11): 2750-2756. doi: 10.7498/aps.52.2750
    [19] 尹逊和, 任勇, 山秀明. 广义Hénon映射的滑模变结构控制同步. 物理学报, 2002, 51(9): 1949-1953. doi: 10.7498/aps.51.1949
    [20] 王中天. 内扭曲模稳定性的充分判据. 物理学报, 1979, 28(5): 135-139. doi: 10.7498/aps.28.135
计量
  • 文章访问数:  5024
  • PDF下载量:  923
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2013-06-15
  • 修回日期:  2013-07-17
  • 刊出日期:  2013-10-05

/

返回文章
返回