本发明属于电力电子，具体涉及三相逆变器快速积分终端滑模控制方法。
背景技术：
1、电能作为近现代人类经济社会发展、工农业生产应用最为广泛、使用最为便捷的新能源与动力，已成为保障人民生活、科学研究以及社会经济快速发展的重要基石。现如今，现代控制理论和电力电子技术在不断完善和发展，人们对电能的品质和精确度的要求也愈发的高。社会各界急需找到获取不同设备所适配的理想电源策略，逆变技术由此浮现于大众视野中，其将直流电转变为所需的交流电，从而获得生产应用中所匹配的理想电源。
2、众所周知，三相逆变器的控制效果极易受到各种多源干扰与不确定性的影响。例如电磁干扰、谐波干扰等诸多形式的外部干扰，这些干扰对系统的调压性能产生很大影响，甚至会影响到系统的稳定性。由于工况中存在各种不确定性和外部扰动，复杂的不确定性对逆变器的正常工作产生很大影响，同时一些特殊的应用场景对逆变器的动态响应和稳定误差提出更高要求。因此如何在系统中存在多中非线性干扰的情况下，保证逆变器的鲁棒性，提升系统性能指标，成为学者们的研究热点。
3、传统的pid控制方法作为工程中最为常见的控制策略，结构简单且易于实现，但其参数整定复杂，鲁棒性较差。利用反馈线性方法，建立平衡点小领域内的线性信号模型，实现系统的闭环稳定性，然而这种方法对干扰相对敏感，线性化方法并不能有效抑制非匹配干扰。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供三相逆变器快速积分终端滑模控制方法，能够在有限时间内实现对逆变器输出电压快速准确跟踪以及对多源干扰和不确定性的精确补偿抑制。
2、本发明所采用的技术方案是，三相逆变器快速积分终端滑模控制方法，包括采用状态空间平均法建立三相全桥逆变器的受扰状态空间平均模型；以逆变器的实际输出电流和与参考电流之间的跟踪误差值作为状态变量，同时考虑集总干扰的影响，建立逆变器的误差动态模型，并设计超螺旋干扰观测器，以获得鲁棒控制设计的期望目标，其次为了估计输出电流设计了有限时间状态观测器；将观测器的输出作为前馈补偿与输出反馈控制方法相结合，设计基于超螺旋干扰观测器和有限时间状态观测器的快速积分终端控制器；根据快速积分终端控制器，实现逆变器输出电流的控制。
3、本发明的特点还在于，
4、具体按照以下步骤实施：
5、步骤1：构建并网三相逆变器d-q坐标系下的数学模型；
6、步骤2：将步骤1建立的数学模型转化为空间状态模型，将总扰动扩张到空间状态模型中，构建并网三相逆变器的等效模型；
7、步骤3：根据并网三相逆变器的等效模型设计超螺旋干扰观测器和有限时间观测器，超螺旋干扰观测器用于观测系统的总扰动，将观测的总扰动反馈到有限时间观测器对状态变量进行估计，引入二阶扰动估计，提高对扰动和状态变量的观测精度；
8、步骤4：根据步骤3得到的观测值应用到改进的快速积分终端滑模控制器中，在滑模面中引入积分项；
9、步骤5：根据步骤4得到的滑模控制器，加入双幂次趋近律；
10、步骤6：根据以上步骤构建基于超螺旋干扰观测器和有限时间状态观测器的快速积分终端滑模的并网逆变器控制方法得到的输出，使用spwm调制得到占空比，将占空比应用于三相逆变器开关管的控制中，实现对三相逆变器的控制。
11、步骤1具体为，
12、根据基尔霍夫定律推导出并网逆变器在abc坐标系下的变量关系：
13、
14、式(1)中，ua、ub、uc为三相逆变器侧的三相电压，ila、ilb、ilc为流过电感的三相电流，l、c分别为滤波电感、电容参数，r为电路等效电阻参数，uga、ugb、ugc为交流电网电压，ia、ib、ic为电网侧的三相电流；
15、将式(1)经过坐标变换得d-q坐标下的逆变器交流侧的数学模型为：
16、
17、式(2)中，ω为电网电压角频率，ud、uq分别表示逆变器的交流电压在d、q轴上的分量，ild、ilq分别表示电感电流在d、q轴上的分量，id、iq分别表示网侧电流在d、q轴上的分量，udr＝sdudc，uqr＝squdc，sd、sq分别为d、q轴开关函数，开关函数定义为：
18、
19、步骤2具体为：
20、在电网电压三相平衡的基础下，取电网电压d轴方向作为电压矢量的方向，根据瞬时功率理论，得到功率方程为：
21、
22、式(4)中，pref、qref分别为设定的有功功率和无功功率的参考值，idref、iqref分别为设定的有功功率和无功功率的电流参考值；
23、由式(4)计算电路中有功功率和无功功率：
24、
25、在此三相逆变器的基础上使用pq控制，pq控制控制包括功率外环和电流内环，外环通过式(5)计算的电流内环参考值idref、iqref，然后由式(2)微分方程设计电流内环控制率来控制输出；
26、将系统内外部扰动和参数摄动统一用集总扰动表示，对式(2)进行数学变换得到如下受扰模型：
27、
28、式(6)中，bd、bq分别为d、q轴控制量增益，fd、fq分别为等效后的d、q轴集总扰动，集总扰动fd、fq包括系统未建模部分、耦合部分以及系统内外扰动，其表达式为：
29、
30、步骤3具体为，
31、令状态变量xd1＝id，xd3＝fd，xq1＝iq，xq3＝fq，则式(7)写成如下形式：
32、
33、定义zd1、zd2、zd3、zq1、zq2、zq3分别为xd1、xd2、xd3、xq1、xq2、xq3的观测值，根据式(6)受扰模型，设计如下有限时间观测器:
34、
35、式(9)中，sgn(.)为符号函数，kd1、kd2、kq1、kq2为观测器增益且为正数；α1∈(1-ε,1)，ε＞0，α2＝2α1；
36、设计如下超螺旋干扰观测器：
37、
38、式(10)中，sgn(.)为符号函数；k1,2,3,4为观测器增益；式中xd,q3计算如下：
39、
40、步骤4具体为，
41、令d、q轴电网侧电流id，iq与网侧电流参考值之间的偏差ed、eq为：
42、
43、式(12)中，idref为id的参考值，iqref为iq的参考值；
44、d-q轴传统二阶快速终端滑模面sd、sq设计如下：
45、
46、式(13)中，0<λ1<1；1<λ2<2；0<λ3<1；1<λ4<2；k1、k2、k3、k4、k5、k6为正常数增益；
47、在滑模面中引入积分项，因此改进后的快速积分终端滑模如下：
48、
49、式(14)中k7，k8为控制器增益。
50、步骤5具体为，
51、对式(13)求导得：
52、
53、由式(14)得d-q轴电流内环等效控制律udreq、uqreq为：
54、
55、引入双幂次趋近律：
56、
57、式(17)中，udrsw、uqrsw分别为d、q轴切换控制率，ε1、ε2、ε4、ε5∈(0,+∞)，ε3、ε6∈(0,1)，双幂次趋近律在当滑模面sd、sq趋近于0时，有sd、sq大于0，表明该控制器能使系统在即将达到滑模面时，趋近速度不断减小至0，避免了常规趋近律中的切换，消除滑模控制器自身的抖振；
58、联立式(16)与式(17)得d-q轴的综合控制律udr、uqr为：
59、
60、本发明的有益效果是：
61、本发明三相逆变器快速积分终端滑模控制方法，针对传统干扰状态观测器其精确度不高的问题提出解决方法，设计了超螺旋干扰观测器，采用超螺旋算法准确估计三相逆变器系统的外部变化和内部参数的扰动和不确定性信息。其次采用有限时间观测器对逆变器系统的输出电流进行精准观测，采用快速积分终端滑模控制器取代普通滑模器，快速积分终端滑模控制器相比于普通滑模控制器收敛速度快鲁棒性高，实现了控制器更快速和准确的控制。该控制策略可以提高观测器对扰动估计的速度和精确度，减少系统的稳定误差，进而提高整个系统的暂态响应速度和鲁棒性。
1.三相逆变器快速积分终端滑模控制方法，其特征在于，包括采用状态空间平均法建立三相全桥逆变器的受扰状态空间平均模型；以逆变器的实际输出电流和与参考电流之间的跟踪误差值作为状态变量，同时考虑集总干扰的影响，建立逆变器的误差动态模型，并设计超螺旋干扰观测器，以获得鲁棒控制设计的期望目标，其次为了估计输出电流设计了有限时间状态观测器；将观测器的输出作为前馈补偿与输出反馈控制方法相结合，设计基于超螺旋干扰观测器和有限时间状态观测器的快速积分终端控制器；根据快速积分终端控制器，实现逆变器输出电流的控制。
2.根据权利要求1所述的三相逆变器快速积分终端滑模控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
3.根据权利要求2所述的三相逆变器快速积分终端滑模控制方法，其特征在于，所述步骤1具体为，
4.根据权利要求3所述的三相逆变器快速积分终端滑模控制方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
5.根据权利要求4所述的三相逆变器快速积分终端滑模控制方法，其特征在于，所述步骤3具体为，
6.根据权利要求5所述的三相逆变器快速积分终端滑模控制方法，其特征在于，所述步骤4具体为，
7.根据权利要求6所述的三相逆变器快速积分终端滑模控制方法，其特征在于，所述步骤5具体为，
