Vergleich zwischen parallelen und pseudo-kaskadierten adaptiven Kerbfilterarchitekturen zur breitbandigen aktiven Unterdrückung elektromagnetischer Störungen

In modernen leistungselektronischen Systemen zur effizienten Energiewandlung und -verteilung werden zunehmend hochfrequent schaltende Leistungshalbleiter eingesetzt. Zur Reduktion von Schaltverlusten werden die Anstiegs- und Abfallzeiten der Schaltflanken minimiert. Aufgrund dieser kurzen Schaltzeiten in Kombination mit höheren Schaltfrequenzen entstehen auch höhere elektromagnetische Emissionen, sowohl leitungsgebunden als auch gestrahlt, die andere elektronische Systeme unerwünscht in ihrer Funktion beeinträchtigen können. Um derartige Störemissionen zu reduzieren, werden zumeist passive Filterschaltungen eingesetzt. Diese sind jedoch aufgrund ihres hohen Gewichts und Bauraumbedarfs zunehmend schwerer zu integrieren. Aktive Gegenstörkonzepte (siehe z.B. [1, 2, 3]), welche auf dem Einsatz von elektronischen Schaltungen zur Störauslöschung beruhen, können helfen, den passiven Filteraufwand zu reduzieren und damit kleinere und leichtere Gesamtsysteme ermöglichen. Adaptive Kerbfilter, also schmalbandige Bandsperrfilter, implementiert in einem Field Programmable Gate Array (FPGA) in Verbindung mit A/D- und D/A-Wandlern, haben sich als vielversprechend zur aktiven Unterdrückung einzelner unerwünschter Harmonischer erwiesen (z.B. [4, 5, 6, 7]). Durch die Auslegung eines adaptiven Kerbfilters für eine unerwünschte Harmonische, also durch die Synthese, Adaption und Injektion einer entsprechenden Gegenstörung durch das Kerbfilter, konnten beispielsweise in [4] Störreduktionen einzelner Harmonischer von über 60 dB erzielt werden. Durch eine hohe Adaptionsgeschwindigkeit ergibt sich eine gewisse Bandbreite, wodurch Frequenzvariationen kompensiert und nicht mehr nur einzelne Schaltharmonische unterdrückt werden können, sondern – in einem gewissen Maße – auch z.B. Seitenbandharmonische. Zum Beispiel befinden sich bei Sinus-pulsweitenmodulierten (SPWM) Ansteuerungssignalen in direkter Nähe der Schaltharmonischen weitere Seitenbandharmonische (siehe z.B. [8]). Dadurch eignen sich adaptive Kerbfilterimplementierungen auch zur Reduktion typischer elektromagnetischer Emissionen schnellschaltender Wechselrichtersysteme [5, 6]. Der zu unterdrückende Frequenzbereich kann durch die Wahl der Regelparameter in bestimmten Grenzen beeinflusst werden. Eine breitbandige Filterung erfordert aber mehrere unabhängige adaptive Kerbfilter, die für verschiedene Frequenzen ausgelegt sind. Bei mehreren adaptiven Kerbfiltern gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, diese miteinander zu verschalten. Die Art der Anordnung entscheidet über die Störunterdrückungscharakteristik: Neben der naheliegenden, parallelen Anordnung mehrerer adaptiver Kerbfilter zur breitbandigen Unterdrückung unerwünschter Frequenzen wird in diesem Beitrag auch ein weiterer, aus der Akustik bekannter Ansatz zur (pseudo-) kaskadierten Anordnung [9, 10, 11] mehrerer Filter vorgestellt und diskutiert. Dieser Ansatz verspricht eine relativ breitbandige Störunterdrückungscharakteristik, die im Falle von SPWM-Störspektren notwendig ist und die Reduktion von Schaltharmonischen samt benachbarten Seitenbandharmonischen verspricht

Contribuições sobre algoritmos adaptativos LMS normalizados proporcionais

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2015.Este trabalho de pesquisa apresenta uma nova política de distribuição de ganho para algoritmos tipo proporcional baseada na convergência individual dos coeficientes. Para isso, uma taxa de variação suavizada e normalizada da magnitude do coeficiente é concebida para avaliação de convergência individual dos coeficientes. A nova abordagem visa melhorar a distribuição de ganho durante o processo adaptativo. Para tal, ganhos associados a coeficientes ativos que estão na vizinhança de seus valores ótimos são reduzidos e redistribuídos a outros coeficientes visando, assim, acelerar a velocidade de convergência global do algoritmo. A partir da nova política de distribuição de ganho, três novas versões de algoritmos tipo proporcional são derivadas. Além disso, uma nova versão do algoritmo adaptativo proporcional ao desvio quadrático médio dos coeficientes (z2 proportionate) é apresentada. Este último algoritmo combina uma distribuição de ganho proporcional com ganho uniforme. Tal estratégia é dependente do conhecimento do nível de potência do ruído de medição presente no sistema que, na prática, não está sempre disponível. Assim, para contornar essa dependência, um novo procedimento de distribuição de ganho baseado na autocorrelação do sinal de erro é apresentado e discutido. O novo algoritmo supera o algoritmo original em termos de velocidade de convergência e resposta a perturbações na planta. Por fim, uma nova política de distribuição de ganho para algoritmos tipo proporcional para operação em ambientes com elevada esparsidade é proposta. A nova política utiliza uma função de amplificação do ganho de coeficientes ativos visando aumentar sua velocidade de convergência. A partir da nova política, dois novos algoritmos para operação com plantas cujas respostas ao impulso exibem elevada esparsidade são introduzidos. Resultados de simulação corroboram a eficácia dos algoritmos propostos.Abstract : This research work presents a new gain distribution policy for proportionate-type algorithms based on individual-coefficient convergence. To this end, a normalized and smoothed variation rate of the individual-coefficient magnitude is derived in order to assess the individual-coefficient convergence. The new approach aims to enhance the gain distribution during the adaptation process. Thereby, gains of the active coefficients that are close to their optimum values are reduced and redistributed to other coefficients, increasing the convergence speed of the algorithm. By using this policy, three new versions of proportionate algorithms have been conceived. Moreover, an alternative version of the mean-square weight deviation-proportionate gain algorithm (z2 proportionate) is introduced. This latter algorithm applies a rule combining the mean-square weight deviation-proportionate gain and a uniform gain to obtain the whole algorithm gain distribution. Such a rule is strongly dependent on the knowledge of the measurement noise variance, requiring therefore its estimate. Thereby, a novel approach aiming to circumvent such a dependence, based on error autocorrelation, is presented and discussed. Lastly, a new proportionate gain distribution strategy for operating with plants exhibiting high sparseness is proposed. The new policy uses an amplification function of the gain assigned to active coefficients in order to increase their convergence rate. Thereby, two proportionate algorithms have been developed. Through numerical simulation results, the effectiveness of the proposed algorithms is verified

Proceedings EMV Kongress 2022 : Internationale Fachmesse und Kongress für Elektromagnetische Verträglichkeit

Proceedings der EMV 202