三相PWM整流器双闭环PI调节器的新型设计

　　2 　PI 调节器设计

　　2. 1 　电流调节器

　　三相PWM 整流器双闭环控制中，电流环作为内环，主要作用是对电压外环输出的电流指令进行电流控制。由于典型I 型控制系统主要是提高系统的跟随性能，抗干扰能力相对较差，但交流调速系统的动态指标却以抗干扰性能为主 ，因此选用典型II 型控制系统来设计电流内环调节器，以提高系统的抗干扰能力。

　　从前馈解耦控制图看出 ，两个电流PI 调节器具有对称性，因此，其设计方法及参数相同，下面以iq 电流控制为例进行说明，如图4 所示。

图4 　电流内环结构

　　图4 (a) 中K 为整流器的放大倍数， Ts 为PWM开关周期的一半，如果考虑到电流信号采样的延时环节时，上图可等效为图4 ( b) 。忽略电抗器内阻时，由图4 (b) 得到电流内环开环传递函数为:

　　由参考文献[ 2 ]知，中频宽h 值越小，则动态降落时间ΔCmax和恢复时间tυ 越小，因而抗干扰性能越好，但h 过小又影响系统的跟随性。因此，把典型II 型系统的跟随与抗扰性能指标综合起来看， h = 5 为最佳的选择。按Mr 最小准则确定典型II 型系统的参数关系，有。：。

　　由式(3) 得到:

　　Ts ， K， L 都为已知值，则可求出PI 调节器的参数值， d轴电流i d 的控制器参数设计与此相同。

　　2. 2 　电压PI 调节器设计

　　三相PWM 整流器将电压环作为外环控制，主要作用是稳定直流输出电压，提高输出直流电压，使其高于输入电压峰值，其控制框图如图5 。

　　式中，G1 ( S) 为电流内环调节的闭环传递函数，可近似为一阶惯性环节;G2 ( S) 为整流器的输出传递函数，其中：

　　Um ， Im 为电源电压和输入电流幅值 。通常情况下，Tzn TP ，则，，由此图5 (a) 可以表示为图5 (b) 。

图5 　电压外环结构

　　由图5 (b) 得到电压外环开环传递函数为:

　　从式(6) 看出，只需以PI 调节器零极点抵消电流控制对象函数的极点即可，开环传递函数简化为:

　　则电压外环闭环传递函数为：

　　对照二阶系统的标准型则有：

　　根据二阶系统的模最佳整定 ，调节器参数的模最佳(二阶) 整定值ε= 0. 707 ，进而推出电压调节器PI参数值。

　　3 　仿真分析

　　仿真参数:线电压为110 V ，开关频率为10 Hz ，交流侧滤波电抗器电感L = 4. 05 mH ，电抗器电阻R =1. 35 Ω ，直流侧滤波电容C = 3 000μF ，给定直流电压u*dc = 300 V ，直流侧负载RL = 15 Ω ，仿真时间为1 s ，在0. 6 s 时负载电流由10 A突变为20 A。

　　3. 1 　电流环和电压环PI 调节仿真