三相PWM整流器雙閉環(huán)PI調節器的新型設計

　　2 　PI 調節器設計

　　2. 1 　電流調節器

　　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(jìn)行電流控制。由于典型I 型控制系統主要是提高系統的跟隨性能，抗干擾能力相對較差，但交流調速系統的動(dòng)態(tài)指標卻以抗干擾性能為主 ，因此選用典型II 型控制系統來(lái)設計電流內環(huán)調節器，以提高系統的抗干擾能力。

　　從前饋解耦控制圖看出 ，兩個(gè)電流PI 調節器具有對稱(chēng)性，因此，其設計方法及參數相同，下面以iq 電流控制為例進(jìn)行說(shuō)明，如圖4 所示。

圖4 　電流內環(huán)結構

　　圖4 (a) 中K 為整流器的放大倍數， Ts 為PWM開(kāi)關(guān)周期的一半，如果考慮到電流信號采樣的延時(shí)環(huán)節時(shí)，上圖可等效為圖4 ( b) 。忽略電抗器內阻時(shí)，由圖4 (b) 得到電流內環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數為:

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

　　由式(3) 得到:

　　Ts ， K， L 都為已知值，則可求出PI 調節器的參數值， d軸電流i d 的控制器參數設計與此相同。

　　2. 2 　電壓PI 調節器設計

　　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)調節的閉環(huán)傳遞函數，可近似為一階慣性環(huán)節;G2 ( S) 為整流器的輸出傳遞函數，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)結構

　　由圖5 (b) 得到電壓外環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數為:

　　從式(6) 看出，只需以PI 調節器零極點(diǎn)抵消電流控制對象函數的極點(diǎn)即可，開(kāi)環(huán)傳遞函數簡(jiǎn)化為:

　　則電壓外環(huán)閉環(huán)傳遞函數為：

　　對照二階系統的標準型則有：

　　根據二階系統的模最佳整定 ，調節器參數的模最佳(二階) 整定值ε= 0. 707 ，進(jìn)而推出電壓調節器PI參數值。

　　3 　仿真分析

　　仿真參數:線(xiàn)電壓為110 V ，開(kāi)關(guān)頻率為10 Hz ，交流側濾波電抗器電感L = 4. 05 mH ，電抗器電阻R =1. 35 Ω ，直流側濾波電容C = 3 000μF ，給定直流電壓u*dc = 300 V ，直流側負載RL = 15 Ω ，仿真時(shí)間為1 s ，在0. 6 s 時(shí)負載電流由10 A突變?yōu)?0 A。

　　3. 1 　電流環(huán)和電壓環(huán)PI 調節仿真