כניסה לשליטה הסתגלות ב-Power Electronics

מערכות חשמל ומכשירי המרתר יוצרים את עמוד השדרה של ההמרה המודרנית של האנרגיה, המשרתות את כל מה שמניעים תעשייתיים לשילוב אנרגיה מתחדשת ואלקטרוניקה לצרכנים.מערכות אלה חייבות לפעול באופן אמין בטווח רחב של תנאים - המשפיעים על מתחי קלט, עומסים משתנים, שינויי טמפרטורה, והזדקנות רכיב.

בליבתו, בקרה אדפטיבית עוקב אחר פלטי המערכת ומתאים פרמטרים של בקר כדי לענות על מפרט ביצועים הרצוי, גם כאשר הדינמיקה של הצמח משתנה.זה חשוב במיוחד באלקטרוניקה כוח שבו לא לינאריות, אי-וודאויות פרמטרים, והפרעות פתאומיות הן נפוצות.על ידי התאמת תנאים אלגוריתמים מעשיים, בקרים אלה יכולים לשמור על רגולציה מתח, מגבלות נוכחיות, והחלפת תדרים בתוך מערכות בטוחות ויעילות.

עקרונות הליבה של בקרת הסתגלות

שליטה הסתגלותית נשענת על שני מושגים עיקריים: מנגנון לזיהוי מערכת מקוונת (הערכת פרמטר) וחוק בקרה המעדכן על בסיס הערכות אלה.בלוק זיהוי משתמש בקלטים נמדדים ופלטים כדי למקם מודל של ההתנהגות הנוכחית של הצמח, לעתים קרובות באמצעות תיקון נשארות פחות ריבועים או שיטות מבוססות ⁇ .

פרדוקס לעומת הסתגלות מבנה

ניתן לסווג בקרים אדפטיים על ידי מה שהם משנים.FLT:0Parameter הסתגלות 1FIRLT:1 Modifies numeric coefficients in a Structure- Structure - לדוגמה, את הרווחים היחסיים והאינטגראליים בבקר אדפטיטיבי PIFLT:2Structural הסתגלות 3 משנה את הטופולוגיה של הבקר, כגון מעבר בין פרמטרים לא-מחדשניים לבין שינוי פרמטרים (מחדש) עם שינוי גלקטיים (מתאים יותר) או פרמטרים).

זיהוי והערכה

עבור estimation פרמטר מדויק, קלט המערכת חייב להכיל מספיק תוכן תדר כדי להרגשת מצבי העניין הדינמיים - מצב המכונה ציטוט מתמשך. באלקטרוניקה כוח, מעבר רעש באופן טבעי מספק כמה ציטוטים, אבל בתנאים יציבים המצב הestimation עשוי להיות איטי או מוטה. מעצבים לעתים קרובות מזרקים אות קטן או עומס טראנסים כדי לשמור על איכות.

שיטות בקרה הסתגלות

כמה ארכיטקטורות בקרה אדפטיות מבוססות היטב כבר מוחל בהצלחה על מערכות אלקטרוניות כוח.הידוע ביותר הם בקרת הסתגלות מודלים (MRAC), רשם עצמי (STR), ועיצובים המבוססים על ליפסנוב.כל אחד יש כוחות נפרדים וחילופי סחר.

בקרת הסתגלות (MRAC)

ב-MRAC, התנהגות הסגורה הרצויה מוגדרת על ידי מודל התייחסות - באופן אטי מערכת ליניארית מסדר נמוך המייצגת את התגובה האידיאלית.הבקר מתקן להתאים את הפרמטרים שלו כדי למזער את השגיאה בין הפלט המערכת בפועל לבין הפלט מודל ההתייחסות.חוק הסתגלות סטנדרטי משתמש בקידוד השגיאה של התפוקה האחרונה ביחס לפרמטרים הבקר לינאריים, לעתים קרובות בשילוב עם פונקציה לימפונקנוב כדי להבטיח יציבות.

לקריאה נוספת, מדריך יסוד הוא FLT:0Model Reference Fitive ControlFLT:1 על מדע בדיוני.

מחאות עצמיות (STR)

מעגלים משלבים פרמטר מקוון estimator עם שגרת עיצוב חוקי בקרה אוטומטית.בכל מתגים מיידית, ה- estimator מספק מודל צמח מעודכן; הבקר מרוויח (למשל, מקום קטנט או LQG) מיושמים מחדש בהתאם.גישה זו גמישה מאוד - זה יכול לטפל בעיכובים של זמן, שינוי קבוע, ואפילו הפעלה מחדש על ידי מערכת בקרה נמוכה, לעתים קרובות, עם מגבלות כוח קבועות, ניתן להוסיף.

המונחים: תצורה

תורת ליפסנוב מספקת מסגרת קפדנית לתכנון בקרים אדפטיים עם יציבות מובטחת.חוק הבקר וההתאמה נגזר בו זמנית מתפקיד מועמד ליפסנוב, אשר נגזרתו היא בלתי מוגדרת באופן שלילי.זה מבטיח כי המערכת מצבים וטעויות מתתכנסות לאפס או להישאר כבול.באלקטרוניקה כוח, שיטות מבוססות לימפונוב הן פופולריות עבור ממירים לא לינאריים כגון חיזוק ו- buckstb, כמו להחליף מתחים קריטיים של רדיו, כמו להחליף את ה-DV.

גישות הסתגלותיות אחרות

מעבר לטריאו הקלאסי, כמה טכניקות הסתגלות אחרות הופיעו.0. [החזרה המחודשת של ה-FLT]: 1. [החדשה] בונה את חוק הבקרה באופן חוזר על מערכות הנקה המחמירות ונמשכת ל- cascaded להמיר להתנצלות במהירות:2Adaptiveiding Mode ControlFLT3: משלב את העוצמה של מזחלות עם מודל של חיזוי מהיר (FDupive) עם שימוש ב-FDupive-FDateed Model toductioned Model toductioning Model toductioned Model toductioned Model toduction (FDupive Model: 2Date Model: 2.

יישומים מעשיים במערכות המרתר

בקרה הסתגלותית הודגמה על פני ספקטרום מלא של פולוגני כוח להמיר כוח.התתת הבאה מדגישה שלושה תחומים מרכזיים עם רלוונטיות תעשייתית מוכחת.

DC-DC Converters

DC-DC ממירים (בגד, דחיפה, buck-boost, SEPIC וכו ') פועלים תחת מתח רחב טווחי קלט עומס, במיוחד במכשירים המופעלים על סוללות ומערכות MPPT הסולאריות.שליטה הסתגלותית שומרת על רגולציה תפוקה הדוקה ללא תזמון ידני.לדוגמה, ממיר דיגיטלי מבוקר באמצעות PID מותאם אישית יכול להתאים את הרווח האינטגראלי שלו למצב יציב כאשר העומס מ 10% להורדת לחץ רוחב פס זה יכול לשפר באופן זמני, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך, כך ש- 100%, כך, כך, כך, כך, יכול לשפר את רמת יכולת לשפר את רמת לחץ רוחב פסטורפת של לחץ רוחב פסטורפן דיגיטלי תחת לחץ דם דיגיטלי תחת לחץ דם נמוך יותר, לאחר מכן, באופן זמני, באופן זמני, באופן קבוע, לאחר מכן, באופן זמני, לאחר מכן, באופן קבוע, באופן קבוע, לאחר מכן, באופן קבוע, לאחר מכן, עם עלייה מהירה יותר, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, באופן קבוע, כדי להפחית את רמת ירידה של לחץ רוחב פס

AC-DC Converters and Power Factor תיקון (PFC)

המרתר של Power factor יש לשמור על גורם כוח ליד חד פעמי ועיוות הרמוני נמוך בעוד העומס משתנה מidle לעוצמה מלאה. בקרים הסתגלות יכול להתאים את הרווח הלולאה הנוכחי לשמור על זרם הנוכחי במצב התנהגות מתמשך (CCM) לפצות על סובלנות רכיב וסחף טמפרטורה. לדוגמה, מתגת PFC הסתגלות יכול להעריך את ערך RMS ו inducation in ainance in averseive, ולאחר מכן כדי להתאים את האלגוריתם של לוח זמנים אחד.

מנועים

מנועים חשמליים - במיוחד מכונות סינכרוניות קבועות של מגנט (PMSM) ומנועים אינדוקציה - יש פרמטרים שונים עם טמפרטורה, רמת פלוקס, ומהירות התפעולית.שליטה הסתגלות חיונית לשליטה מוכוונת שדה ביצועים גבוהה (FOC) ומכוונים לשליטה מהירה יותר (DTC) עבור כוננים בקרה חשמליים, לולאה מבוססת MRAC יכולה לדחות עומסים אפילו כאשר ההתנגדות של רוטט ומולקולנועית לטכניקות בקרה נמוכות כאלה, כלומר, כלומר, ללא מהירויות לחץ חשמליות באופן מדויק של לחץ על ידי ניקוי.

גרי-טיד-טיד Inverters

מונעים מחוננים חייבים לסנכרן עם הרשת וכוח הזרקת תוך עמידה בסטנדרטים קפדניים (IEEE Std 1547, IEC 61727). בקרות הסתגלות מסייעות לשמור על יציבות לולאה הנוכחית בתנאים רשת חלש עם תנופה רשת משתנה. גישה נפוצה היא להשתמש בלולאה פנימית מבוססת לימפונוב שמתאים להפרעות רשת ונזקים הרמוניים, בנוסף לתדירות גבוהה יותר של תפקוד זה (Creative-Creative-Creson) עם הדבקה).

יתרונות והטבות

בקרה הסתגלותית מציעה מספר יתרונות משכנעים על עיצובים קבועים:

יציבות מוגברת ורובוסטנס

על ידי עדכון מתמיד של הפרמטרים של בקר, שיטות הסתגלות יכולות לשמור על פעולה יציבה גם כאשר הדינמיקה הצמח מעבר שולי שבו תוכנן בקר סטטי.לדוגמה, ממיר קבארד עם ציפויים של תפוקה ההזדקנות (עלייה של ESR) עדיין יפגשו דרישות שולי שלב אם לולאה הסתגלות מחדש נציין את התוספת.

שיפור היעילות של האנרגיה

בקרים הסתגלותיים יכולים לייעל את נקודת התפעול של הממיר ליעילות מקסימלית בטווח העומס.ב הרגולטור של מתח רב-phase, למשל, את מספר השלבים הפעילים ניתן להתאים בהתבסס על הביקוש הנוכחי, בעוד תדירות המעבר מותאם לאזן התנהגות והחלפת הפסדים. סוג זה של הסתגלות מוכוונת יעילות הוא נפוץ באספקת כוח השרת ואספקת כוח נתונים.

מדריך מופחת Tuning and Engineering Effort

בסביבות הייצור, כל יחידה עשויה להיות מעט סובלנות רכיב שונה (חינוך, קיבול, מאקספטנס, מאקספט על-resistance) ; בקרים קבועים-גאין דורשים שולי מזוודה גרועים או קלמנט פרטניים. שליטה הסתגלות לפצות על הבדלים אלה באופן אוטומטי, צמצום עלויות הייצור וזמן.עבור מערכות פרוסות בתחום, התאמת כוונון צורך בשירות למהנדסים כדי לחדש את הבקרים או להחליף אותם לאחר שינויים סביבתיים.

אתגרים

למרות היתרונות, פריסת שליטה אדפטיבית באלקטרוניקה של כוח בעולם האמיתי אינה טריוויאלית.יש לטפל באתגרים רבים.

מורכבות

אלגוריתמים רבים מתאימים לפעולות מאטריקס, חישובים ערכיים, או נגזרות ליפסנוב, אשר יכול להיות תובעני עבור מיקרובקרים זולים או מעבדי אותות דיגיטליים (DSPs) לרוץ במאות קילווהרץ. Hardware-in-the-loop פיתוח הוא לעתים קרובות צורך לוודא כי את ההתאמה ניתן לסווג בתוך מחזור אחד.

אחריות על אחריות במהלך Transients

תורת בקרה סטנדרטית מניחה כי זמניים ליניאריים (LTI) צמחים עם וריאציות פרמטר איטי. Power אלקטרוניקה הם לא ליניארים ומשתנים; התכנסות הוכחה מבוססת לעתים קרובות על מודלים מאיצים אשר עשויים לא ללכוד דינמיקה של מעבר מהיר.אירועים טרנסינטים כמו תקלות קצרות-circuit או ניתוק רשת פתאומי יכול לגרום הסתגלות כדי לברוח אם לא מוגבל במפורש.

בעיות של רגישות ומדיעה

בקרה הסתגלותית מסתמכת על מדידות מדויקות של מתחים, זרמים, ולפעמים טמפרטורה. רעש חושי, קוונטיזציה ומגבלות רוחב פס מדגימות איכות הניתוק. בפרט, חיישנים הנוכחיים בעלות נמוכה עם סחף מלמטה יכולים לגרום שגיאות מצב קבוע בגורם פרמטר estimator.שימוש במסננים קאלמן או טכניקות מבוססות משקיף יכול להקטין את הבעיות האלה, אבל הם מוסיפים עוד יותר חישוביות על פני ראש.

מגמות מתפתחות וכיוונים עתידיים

תחום השליטה ההסתגלות לאלקטרוניקה כוח מתפתח במהירות, מונע על ידי התקדמות בחשיבה חישובית, מכונה, ודרישות של רשתות חכמות.

שילוב של Machine Learning

רשתות נילי ולמידה חיזוק נחקרים עבור משימות בקרה הסתגלותיות שבו הדינמיקה של המערכת מורכבת מדי למודל אנליטית. Deep חיזוק למידה יכול להתאים את דפוסי המעבר בזמן אמת כדי למזער הפסדים או הרמוניות ללא שלב זיהוי נפרד.עם זאת, שיטות אלה דורשות נתוני הכשרה משמעותיים ולעתים קרובות חסר ערבויות יציבות פורמלית, המהווה מחסום ליישומים קריטיים של בטיחות.

בקרת מודל הסתגלות (MPC)

בקרת מודלים חיזוי הפך פופולרי עבור ממירי חשמל בשל היכולת שלה להתמודד עם מגבלות ופונקציות בעלות מרובות אובססיביות. MPC הסתגלות מרחיבה את זה על ידי עדכון מודל החיזוי באינטרנט באמצעות זיהוי חוזר.מחקר עדכני מראה כי MPC הסתגלות יכול להשיג תגובה טרנספורמטיבית מהירה ויעילות כמעט-אופטימלית תחת עומסים שונים ופגמים ברשת.

גנטיקה ומימוש זמן אמיתי

תאום דיגיטלי הוא העתק וירטואלי של הממיר שפועל במקביל למערכת הפיזית.אלגוריתמים הסתגלותיים יכולים להשתמש בתאום הדיגיטלי כדי לבחון מדיניות בקרה לפני החלת אותם לחומרה האמיתית, שיפור הבטיחות והביצועים. מושג זה נחקר עבור חוות פוטו-וולטאיות בקנה מידה גדול וכוננים מנועים מרוב-מגוואט, שבו העלות של כישלון גבוהה.

התקדמות חומרה

DSPs ו- FPGAs עם מעבדי matrix ייעודיים יכולים לבצע אלגוריתמים של שליטה הסתגלות עם מהירויות מתחת 1 מיקרו-שניות. בשילוב עם מוליכים למחצה רחבים (SiC, GaN) המתג בתדרים גבוהים יותר, הלולאההההההט יכול לרוץ במהירויות שלא ניתן היה להגיע קודם לכן.זה פותח את הדלת לשליטה מתאימה של ממירים גבוהים מאוד (למשל, M10) בשימוש במודולים במודולים.

מסקנה

טכניקות בקרה הסתגלותיות צמחו ממשמעת אקדמית לכלי עבודה מעשיים עבור מהנדסים מעצבים מערכות חשמל ומכשירים המרתר. על ידי מתן בקרים להסתגל לשינוי תנאי הפעלה, אי-וודאויות פרמטריות, והפרעות, שיטות הסתגלות משפרות את היציבות, יעילות ועוצמה בטווח רחב של יישומים - החל מעומסים חיוניים יותר ויותר, וממירים של PFC כדי לנטרציה של מנועים ומניעים ברשת יעילה יותר, תוך כדי חיזוי של אתגרים יעילים יותר, תוך כדי שיפור מתמיד של כוח, תוך למערכות חישוביים, תוך מנגנוני בקרה דינמית, תוך חיזוי מתמיד, תוך מנגנוני בקרה דינמית, תוך מנגנוני בקרה יעילים יותר ויותר, תוך מנגנוני בקרה, החלימים יותר ויותר, החלימים יותר ויותר, החלימים יותר ויותר, החלימים יותר ויותר, החלמותקים יעילים יותר ויותר, החלמותקים, החלים יעילים יותר ויותר, החלמותקים, החלימים יותר ויותר, החלימים של מערכות בקרה, החלים, החלימים יותר ויותר, החלימים של מערכות בקרה יעילים יותר ויותר, החלימים יותר ויותר, החלימים של מערכות בקרה, החלימים של מערכות בקרה יעילים יותר ויותר, החלימים של מערכות בקרה, החלימים יותר ויותר, החלימים יותר ויותר, החלמות, החלמות, החלימים של

עבור הקוראים המבקשים לצלול עמוק יותר, התייחסות מקיפה היא:0;0; שליטה חיובית עבור Power ElectronicsFLT:1 (Wiley).