三相PWM整流器雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器的新型設(shè)計

　　2 　PI 調(diào)節(jié)器設(shè)計

　　2. 1 　電流調(diào)節(jié)器

　　三相PWM 整流器雙閉環(huán)控制中，電流環(huán)作為內(nèi)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(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)指標(biāo)卻以抗干擾性能為主 ，因此選用典型II 型控制系統(tǒng)來設(shè)計電流內(nèi)環(huán)調(diào)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(diào)節(jié)器具有對稱性，因此，其設(shè)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。

圖4 　電流內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)

　　圖4 (a) 中K 為整流器的放大倍數(shù)， Ts 為PWM開關(guān)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) 。忽略電抗器內(nèi)阻時，由圖4 (b) 得到電流內(nèi)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(fù)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(biāo)綜合起來看， h = 5 為最佳的選擇。按Mr 最小準(zhǔn)則確定典型II 型系統(tǒng)的參數(shù)關(guān)系，有。：。

　　由式(3) 得到:

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

　　2. 2 　電壓PI 調(diào)節(jié)器設(shè)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(nèi)環(huán)調(diào)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) 。

圖5 　電壓外環(huán)結(jié)構(gòu)

　　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(diào)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(biāo)準(zhǔn)型則有：

　　根據(jù)二階系統(tǒng)的模最佳整定 ，調(diào)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(diào)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(guān)頻率為10 Hz ，交流側(cè)濾波電抗器電感L = 4. 05 mH ，電抗器電阻R =1. 35 Ω ，直流側(cè)濾波電容C = 3 000μF ，給定直流電壓u*dc = 300 V ，直流側(cè)負(fù)載RL = 15 Ω ，仿真時間為1 s ，在0. 6 s 時負(fù)載電流由10 A突變?yōu)?0 A。

　　3. 1 　電流環(huán)和電壓環(huán)PI 調(diào)節(jié)仿真