三相电压型PWM整流器双闭环系统设计与仿真

1、科技信息博士专家论坛三相电压型整流器双闭环系统设计与仿真河北省保定热电厂支宝威华北电力大学控制科学与工程学院张晓东文中分析了三相电压型整流器在旋转坐标系中的简化数学模型，运用前馈解耦控制策略得到三摘要相电压型整流器的电流解耦模型，根据该模型，提出了三相整流系统双闭环系统调节器的整定方法，并通过仿真验证了该整定法的可行性。关键词整流器调节器解耦闭环控制从三相模型方程式（）可看出，由于、轴变量相互耦合，因而设计造成一定困难。为此，可采用前馈解耦控制策略，当电流调节器采用调节器时，则、的控制方程式如下：（）（）（）（）（）式中，、电流内环比例调节增益和积分调节增益引言由于全控器件的不连续性以及系统模

2、型的电流耦合性，给系统设计带来了困难。因此，本文根据文献中所提到的前馈解耦控制策略，首先对三相电压型整流器（）进行解耦，得到旋转坐标系中的电流解耦模型。其次，三相系统的控制有多种方式，其中双闭环控制系统由于控制结构简单、控制性能优良等优点被广泛采用。因此，本文根据三相系统设计要求，提出了较为可行的双闭环系统设计方案并进行仿真验证。（三相整流器数学模型三相电压型整流器电路拓扑结构如图所示。、电流指令值。将式（）、式（）带入式（），并化简得%&%&%&（）式中，(（）（）*+,（）式（）表明：基于前馈的控制算法式（）、式（）使三相（，）实现了解耦控制，如图所示。电流内环图三

3、相电压型整流器主电路拓扑结构三相拓扑结构主要包括交流侧电压源、交流侧的电感、电阻、直流电容以及由全控开关器件和续流二极管组成的三相全桥电路。假设电网电压三相对称稳定，根据基尔霍夫定定律，由图可列出系统微分方程如下：! #" #$（）图三相电流内环解耦控制结构式中，、交流侧电压源；、交流侧等效电阻、等效电感；、整流器输出电压；、桥路开关函数。、通过坐标变换，三相电压型整流器在旋转坐标系中的模型可描述为：! #" #$双闭环控制系统调节器的设计电流调节器设计由于两电流内环的对称性，因而以电流控制为例讨论电流调节器的设计。考虑电流内环信号采样的延迟和控制器的小惯性特性，已解耦的电

4、流内环结构如图所示。%&%&%&%&（）式中，三相电网电动势矢量的、分量；三相交流侧电压矢量的、，分量；三相交流侧电流的、，分量；微分算子。（）（）图电流环结构支宝威（），男，电气工程师。张晓东（），男，博士研究生，研究方向：电力拖动及自动化。作者简介：科技信息博士专家论坛电压典型型鉴定曲线图中，为电流内环电流采样周期（亦即为开关周期），为桥路等效增益。为了使电流内环具有较好的电流跟随性能，根据文献可按照典型一阶环节进行整定，经整定后的参数为：! #" #$（）“模最佳”鉴定曲线电压外环调节参数设计三相直流侧电流可由开关函数描述为：（）根据文献，三相直

5、流侧电流可简化为：（）式中：开关函数基波初始相位角；调制比（）综合分析可得三相电压外环控制结构，如图所示。图两种电压调节器设计方案阶跃响应曲线由于“模最佳”法整定后的系统闭环传递函数分子中有一比例微分项，它使相角裕量减小，增大了超调量。因此可以在系统的前面加一给定滤波器，以抵消闭环传递函数分子中的微分项，减小超调量。加入给定滤波器前后系统的响应曲线如图所示。电压（）没有给定虑波器（）（）有给定虑波器图三相电压外环控制结构图在图中，可进行近似处理为一比例增益。将电压采样小惯性时间常数与电流内环等效小时间常数合并，即，且不考虑负载电流扰动，经简化的电压外环控制结构如图所示。（）图加入给定滤波器前后

6、的系统响应曲线结论图三相电压外环控制结构图由于电压外环的主要控制作用是稳定三相直流电压，故其控制系统整定时，应着重考虑电压外环的抗扰动性能。为使电压外环具有较好的抗扰动性能，可采用“模最佳”原则确定系统电压调节器参数，经整定后的参数为：通过仿真试验可看出，三相电压型整流器电压内环采用典型型系统调节方式进行的调节器参数整定对系统电“模最佳”整定法得流具有较快的跟踪能力，而电压外环通过到的系统响应不仅能够满足系统设计要求，而且相比采用典型阶系统整定法得到的调节系统具有更良好的抗扰动性能，动态响应速度也得到了明显的改善。（）三相控制系统分析与仿真运用仿真软件对系统进行仿真分析，并且验证上述双闭环系统

7、调节器整定方法的可行性。根据上述双闭环系统调节器的整定方法可分别算出电流内环以及电压外环调节器参数，并由此可对系统进行仿真分析。图中的响应曲线为“模最佳”电压外环整定曲线与典型系统整定曲线的对比。由图中可看出，由“模最佳”整定法设计调节系统不仅具有良好的抗扰动性能，而且较快的动态响应速度。%参考文献，：李友善主编，自动控制原理北京：国防工业出版社，张崇巍，张兴整流器及其控制北京：机械工业出版社，：魏泽国可控硅串级调速的原理及应用北京：冶金工业出版社，：，：，！，：，：（上接第页）象的技术的出现。上文阐述了基于内核对象的隐藏技术原理，研究了和这两种基于内核对象的隐藏技术，分析了基于内核对象的的本质。网络攻防技术日