基于DSP實現的PWM整流回饋系統的設計

　　如圖2所示，當電網電壓幅值Us不變時，Uq直接反應了d軸與電網電壓Us的相位關系，當Uq>0時，d軸滯后于電網電壓Us；當Uq0時，d軸超前于電網電壓Us；當Uq=0時，d軸與電網電壓Us同相。基于上述分析，設計如下鎖相環。首先虛擬一個同步角度，使其角速度與電網電壓相同，然后利用該角度對三相輸入電壓進行CLARKE變換和PARK變換，使電壓矢量從三相靜止坐標系變換到兩項旋轉坐標系中，同時令q軸電壓的參考值為零，并將q軸電壓值和參考值送入PI調節器，PI調節器輸出為同步角度與虛擬同步角度的誤差，并將其輸出對虛擬同步角度進行補償，再利用補償后的角度進行PARK變換，這樣構成一閉環控制，最終實現了軟件鎖相環。

圖3 鎖相環結構框圖

　　為實現母線電壓輸出的穩定，同時實現能量的雙向流動，即當母線電壓高于期望值時，能量回饋電網，當母線電壓低于期望值時，能量流向基側，進行升壓。在這個環節中，采用雙閉環控制，即電流環和電壓環控制。如圖5所示，電壓環作為外環控制，根據給定電壓和實測母線電壓的關系，通過PI調節后，計算出電流的給定值；電流環作為內環控制，根據外環計算出的電流給定值，進行閉環控制，最終實現了單位功率因數整流和回饋。對三相交流信號進行閉環控制是很困難的，精度也不高，因此，我們采用矢量分解的方式，將三相交流信號從靜止坐標系變換到兩相旋轉坐標系中，并對d軸和q軸信號進行控制。

圖4 整流器交流側穩態矢量圖

　　根據圖4所示，可得出PWM整流器數學模型：

　　由上式可以看出，變換器交流側電流的d、q軸分量存在著相互耦合項，無法對電流的d、q軸分量進行單獨控制，給控制器的設計造成一定困難，為此，本文采用前饋解耦控制策略，利用PI調節器對其進行解耦。解耦的具體過程如圖5的虛線部分所示。

圖5 雙閉環控制結構圖