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全超导托卡马克核聚变发电装置快控电源的干扰抑制离散积分滑模电流控制

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admin 发表于 2024-12-14 03:29 | 查看全部 阅读模式

文档名:全超导托卡马克核聚变发电装置快控电源的干扰抑制离散积分滑模电流控制
摘要:全超导托卡马克核聚变发电装置(EAST)快控电源的首要性能指标是快速跟踪参考信号,以输出电流实现负载线圈的励磁,对等离子体的垂直位移进行反馈控制.EAST快控电源负载线圈受装置内部部件和真空内等离子体的影响,线圈感值会出现小范围内慢时变波动以及线圈上存在互感电动势干扰,传统比例-积分(PI)控制方法在电流跟踪控制过程中存在不足.为了实现干扰的抑制和应对负载波动,提出一种带干扰抑制的离散积分滑模控制方法,根据系统状态方程设计离散积分滑模控制器,结合滑模干扰观测器实现集总干扰的观测,对集总干扰进行前馈补偿控制.为了抑制抖振和加快收敛速度,设计一种新型平滑饱和函数和增益自适应观测器,根据观测电流误差和跟踪电流误差自适应调整观测器增益.对比传统PI控制,仿真和实验验证了所提控制方法具有更加优良的电流跟踪特性,在输出电流超调更小的情况下动态响应更快,能够有效地抑制负载侧扰动,具有良好的鲁棒性.

Abstract:TheprimaryperformanceofthefastcontrolpowersupplyfortheexperimentaladvancedsuperconductingTokamak(EAST)istoquicklytrackthereferencesignal,realizetheexcitationoftheloadcoil,andfeedbackcontroltheverticaldisplacementoftheplasma.TheloadcoiloftheEASTfastcontrolpowersupplyisaffectedbytheinternalcomponentsandtheplasmainthevacuum.Thecoilinductancewillfluctuateslowlyinasmallrange,andtherewillbemutualinductanceelectromotiveforceinterferenceonthecoil.Thetraditionalproportional-integral(PI)controlhasshortcomingsinthecurrenttrackingcontrolprocess.Slidingmodecontrolhasbeenwidelyusedduetoitsadvantagesofsimplecontrolandstrongrobustness.Torealizedisturbancesuppressionandcopewithloadfluctuation,adiscreteintegralslidingmodecontrolmethodwithdisturbancesuppressionisproposedbasedonthesystemstateequationoftheEASTfastcontrolpowersupply.Thecontroldisturbancecausedbyinductancefluctuationandmutualinductanceelectromotiveforceontheloadsideisequivalenttolumpeddisturbance.Theobservationoflumpeddisturbanceisrealizedusingaslidingmodedisturbanceobserver.Inordertocompensateforthelumpeddisturbanceontheloadside,adiscreteintegralslidingmodecontrollerandaslidingmodedisturbanceobserverarecombinedtoperformfeedforwardcompensationcontrol.Avariablegainobserverstructureisdesignedbasedontheobservedcurrenterrorandthetrackingcurrenterrortobalancethechatteringmagnitudeandconvergencespeedintheslidingmodecontrolprocess.Thus,thegainisadaptivelyadjustedwiththeobservedcurrenterror.Accordingtotheobservererrorstabilityconditions,theadaptiveadjustmentrangeoftheobservergainisdetermined.Thestabilityofthedesignedslidingmodecontrollerisanalyzedtoensuresufficientconvergenceoftheslidingmodecontroller.Anovelsmoothsaturationfunctionisdesignedtoaddressinsufficientchatteringsuppressionoftraditionalsymbolicandlinearsaturationfunctionsinslidingmodecontrol.Byanalyzingthegaincharacteristicsandconvergencetimecharacteristicsofdifferentsaturationfunctions,thedesignednewsmoothsaturationfunctionwithcontinuousdifferentiabilityinthefulldefinitiondomainandgreatswitchinggainisdemonstratedtoprovideafasteroverallconvergencerate.Combinedwithagainadaptivedisturbanceobserver,theproposednewsmoothsaturationfunctioncanachieverapidconvergenceandfurtherchatteringsuppressionofthecontrolsystem.SimulationandexperimentalresultsshowthattheproposedcontrolmethodhasbettercurrenttrackingcharacteristicsandfasterdynamicresponsethantraditionalPIcontrolundersmalloutputcurrentovershoot.Ithasoutstandingdisturbancerejectionperformance,currenttrackingperformance,andstrongrobustness.Asaresult,accurateexcitationofthecoilinductancecanbeachievedtoensureverticaldisplacementclosed-loopfeedbackcontroloftheplasma,evenconsideringloadsidedisturbance.

作者:黄海宏  陈昭  王海欣Author:HuangHaihong  ChenZhao  WangHaixin
作者单位:合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009
刊名:电工技术学报 ISTICEIPKU
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(10)
分类号:TM91
关键词:EAST快控电源  离散积分  滑模控制  滑模干扰  观测器前馈补偿  
Keywords:ExperimentaladvancedsuperconductingTokamak(EAST)fastcontrolpowersupply  discreteintegral  slidingmodecontrol  slidingmodedisturbance  observerfeedforwardcompensation  
机标分类号:TM721TM464TP273
在线出版日期:2024年5月31日
基金项目:国家自然科学基金全超导托卡马克核聚变发电装置快控电源的干扰抑制离散积分滑模电流控制[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(10)黄海宏  陈昭  王海欣全超导托卡马克核聚变发电装置(EAST)快控电源的首要性能指标是快速跟踪参考信号,以输出电流实现负载线圈的励磁,对等离子体的垂直位移进行反馈控制.EAST快控电源负载线圈受装置内部部件和真空内等离子体的影响,线圈感...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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全超导托卡马克核聚变发电装置快控电源的干扰抑制离散积分滑模电流控制.pdf
2024-12-14 03:29 上传
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