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三相PWM整流器雙閉環(huán)PI調節(jié)器的新型設計

作者: 時間:2011-02-23 來源:網絡 收藏

  2  PI 調節(jié)器設計

  2. 1  電流調節(jié)器

  三相PWM 整流器雙閉環(huán)控制中,電流環(huán)作為內環(huán),主要作用是對電壓外環(huán)輸出的電流指令進行電流控制。由于典型I 型控制系統(tǒng)主要是提高系統(tǒng)的跟隨性能,抗干擾能力相對較差,但交流調速系統(tǒng)的動態(tài)指標卻以抗干擾性能為主 ,因此選用典型II 型控制系統(tǒng)來設計電流內環(huán)調節(jié)器,以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

  從前饋解耦控制圖看出 ,兩個電流PI 調節(jié)器具有對稱性,因此,其設計方法及參數(shù)相同,下面以iq 電流控制為例進行說明,如圖4 所示。

電流內環(huán)結構


圖4  電流內環(huán)結構

  圖4 (a) 中K 為整流器的放大倍數(shù), Ts 為PWM開關周期的一半,如果考慮到電流信號采樣的延時環(huán)節(jié)時,上圖可等效為圖4 ( b) 。忽略內阻時,由圖4 (b) 得到電流內環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)為:


  由參考文獻[ 2 ]知,中頻寬h 值越小,則動態(tài)降落時間ΔCmax和恢復時間tυ 越小,因而抗干擾性能越好,但h 過小又影響系統(tǒng)的跟隨性。因此,把典型II 型系統(tǒng)的跟隨與抗擾性能指標綜合起來看, h = 5 為最佳的選擇。按Mr 最小準則確定典型II 型系統(tǒng)的參數(shù)關系,有。:。



  由式(3) 得到:



  Ts , K, L 都為已知值,則可求出PI 調節(jié)器的參數(shù)值, d軸電流i d 的控制器參數(shù)設計與此相同。

  2. 2  電壓PI 調節(jié)器設計

  三相PWM 整流器將電壓環(huán)作為外環(huán)控制,主要作用是穩(wěn)定直流輸出電壓,提高輸出直流電壓,使其高于輸入電壓峰值,其控制框圖如圖5 。



  式中,G1 ( S) 為電流內環(huán)調節(jié)的閉環(huán)傳遞函數(shù),可近似為一階慣性環(huán)節(jié);G2 ( S) 為整流器的輸出傳遞函數(shù),其中:



  Um , Im 為電源電壓和輸入電流幅值 。通常情況下,Tzn TP ,則,,由此圖5 (a) 可以表示為圖5 (b) 。

電壓外環(huán)結構

圖5  電壓外環(huán)結構

  由圖5 (b) 得到電壓外環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)為:



  從式(6) 看出,只需以PI 調節(jié)器零極點抵消電流控制對象函數(shù)的極點即可,開環(huán)傳遞函數(shù)簡化為:



  則電壓外環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)為:



  對照二階系統(tǒng)的標準型則有:


  根據(jù)二階系統(tǒng)的模最佳整定 ,調節(jié)器參數(shù)的模最佳(二階) 整定值ε= 0. 707 ,進而推出電壓調節(jié)器PI參數(shù)值。

  3  仿真分析

  仿真參數(shù):線電壓為110 V ,開關頻率為10 Hz ,交流側電感L = 4. 05 mH ,R =1. 35 Ω ,直流側電容C = 3 000μF ,給定直流電壓u*dc = 300 V ,直流側負載RL = 15 Ω ,仿真時間為1 s ,在0. 6 s 時負載電流由10 A突變?yōu)?0 A。

  3. 1  電流環(huán)和電壓環(huán)PI 調節(jié)仿真

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