三相PWM整流器雙閉環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 整流器雙閉環控制中，電流環作為內環，主要作用是對電壓外環輸出的電流指令進行電流控制。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態指標卻以抗干擾性能為主 ，因此選用典型II 型控制系統來設計電流內環調節器，以提高系統的抗干擾能力。

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

圖4 　電流內環結構

　　圖4 (a) 中K 為整流器的放大倍數， 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節時，上圖可等效為圖4 ( b) 。忽略電抗器內阻時，由圖4 (b) 得到電流內環開環傳遞函數為:

　　由參考文獻[ 2 ]知，中頻寬h 值越小，則動態降落時間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 整流器將電壓環作為外環控制，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) 為電流內環調節的閉環傳遞函數，可近似為一階慣性環節;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 　電壓外環結構

　　由圖5 (b) 得到電壓外環開環傳遞函數為:

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

　　則電壓外環閉環傳遞函數為：

　　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 ，進而推出電壓調節器PI參數值。

　　3 　仿真分析

　　仿真參數:線電壓為110 V ，開關頻率為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 ，仿真時間為1 s ，在0. 6 s 時負載電流由10 A突變為20 A。

　　3. 1 　電流環和電壓環PI 調節仿真