PWM整流器控制技術(shù)研究概述目錄TOC\o"1-3"\h\u17221PWM整流器控制技術(shù)研究概述 179901.1間接電流控制 1216611.2直接電流控制 125351.3直接功率控制 156231.4非線性控制 2104121.4.1滑模變結(jié)構(gòu)控制 2235081.4.2反饋線性化控制 342801.4.3Lyapunov穩(wěn)定性理論控制 357331.4.4無源理論控制 3107571.4.5模糊控制和基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的控制 31.1間接電流控制間接電流控制方式，又被稱之為幅度相位控制。通過系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，能夠?qū)⒎€(wěn)定狀態(tài)下的電壓平衡關(guān)系反應(yīng)出來。BuseeAlfred等（1982）在研究中，構(gòu)建了可控制開關(guān)的三相全橋PWM整流器拓?fù)?，同時還提出了網(wǎng)側(cè)電流振幅控制戰(zhàn)略。通過上述方法，不需要對電流傳感器進(jìn)行反饋。這是因為在工作的過程中，輸入的電流產(chǎn)生的諧波不大，借此，具有很好的穩(wěn)定性，對應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計也不復(fù)雜。但是，在實際使用的過程中，對應(yīng)的動態(tài)特性不好，對應(yīng)的響應(yīng)速度慢，魯棒性不強，在外部環(huán)境的干擾下，參數(shù)變化極為敏感【10】。1.2直接電流控制直接電流控制的方式，很好地彌補了上述控制方式的不足之處。在實際控制的過程中，將電流環(huán)路引入其中，由此便構(gòu)成了雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)，很好地優(yōu)化了輸入和輸出指標(biāo)的響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)特性，對于動態(tài)穩(wěn)態(tài)性能的提高起到了很好地推動作用。這種結(jié)構(gòu)的使用頻率非常高，本課題對控制策略的研究，就是基于該結(jié)構(gòu)的研究。在以下控制方式中，使用的都是這種結(jié)構(gòu)，如峰值電流控制、滯后環(huán)路電流控制、以及預(yù)測瞬態(tài)電流控制等【4】。1.3直接功率控制直接功率控制技術(shù)被提出來之后，就得到了廣泛的應(yīng)用，技術(shù)也獲得了快速的發(fā)展。尤其是在實際應(yīng)用和理論研究中，通常會使用到這種控制方式。通過控制網(wǎng)側(cè)的有功和無功功率的方式，對電流進(jìn)行瞬間控制，實質(zhì)上控制輸入電流，使有功成分最大無無效成分。這種控制結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)比較快，在調(diào)整母線電壓輸出和功率因數(shù)時，也表現(xiàn)出穩(wěn)定的特點。相較于SVPWM控制方案而言，這種控制方式不需要變換模型的坐標(biāo)，將PWM調(diào)制部分略去。所以，在一定程度上簡化了建模過程，而且系統(tǒng)對功率因數(shù)的動態(tài)響應(yīng)也比較快【4】。相交于直接扭矩控制，這種控制方式減少了采樣物理量，在硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計方面也比較簡單，相應(yīng)的電機參數(shù)對控制產(chǎn)生的影響不大，對應(yīng)的計算精度也比較高。由此可見，在電壓型PWM整流器控制中，直接功率控制是最為新型的控制技術(shù)，預(yù)先設(shè)定的各種性能指標(biāo)也能夠?qū)崿F(xiàn)。然然而，通過滯后環(huán)路比較的方式，對有功和無功功率進(jìn)行調(diào)整。這種方法無法固定開關(guān)的頻率，而且在網(wǎng)側(cè)還會產(chǎn)生一定的諧波干擾，這在選擇濾波器的過程中，增加了相應(yīng)的困難【9】。1.4非線性控制對于電壓型PWM整流器而言，屬于非線性系統(tǒng)。在攝動中，通常會使用線性控制的方法，這會在一定程度上降低系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。該系統(tǒng)被人們認(rèn)定為小信號模型，在系統(tǒng)控制的過程中，也無法通過線性的方法對其進(jìn)行控制。借此，為了對整流器的控制效果進(jìn)行優(yōu)化，通常情況下，會引入非線性控制理論，以及提出了新的電壓型PWM整流器，這在學(xué)術(shù)界中已經(jīng)成為重點研究的內(nèi)容【11】。1.4.1滑模變結(jié)構(gòu)控制模式化結(jié)構(gòu)控制的方式，在時變非線性系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。非線性指的是控制的不連續(xù)，借此，在結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的系統(tǒng)中，通常會使用到這種控制方式。在動態(tài)變化的過程中，控制戰(zhàn)略模型也會隨之發(fā)生變化，能夠在設(shè)定了系統(tǒng)的滑動面軌跡上移動并穩(wěn)定。對于整流器的開關(guān)而言，需要對其進(jìn)行持續(xù)切換的操作，PWM整流器本身具有非線性的特點，通過模式變結(jié)構(gòu)，具有一定的控制優(yōu)勢。并且在非線性系統(tǒng)中，外界環(huán)境對其控制產(chǎn)生的干擾不大，而且電網(wǎng)電壓、負(fù)載參數(shù)、以及開關(guān)元件等，等具有一定的魯棒性。但是，在進(jìn)行參數(shù)設(shè)定時，存在著一定的難度，而滑動參數(shù)又會影響到控制。借此，在系統(tǒng)選擇中，需要學(xué)者合適的，如果不適當(dāng)，很容易造成系統(tǒng)抖動，系統(tǒng)的運動可能偏離模式面造成控制失敗【12】。1.4.2反饋線性化控制這種控制方式，能夠?qū)⒕€性化控制效果反饋出來，能夠?qū)Ψ蔷€性系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，將其轉(zhuǎn)化為線性系統(tǒng)的控制方式。通常情況下，在使用非線性系統(tǒng)控制時，將無法獲得解析解。此外，這種控制方式主要是通過微分幾何學(xué)，從幾何或帶數(shù)的特征開始，結(jié)合非線性狀態(tài)和反饋變換，對系統(tǒng)狀態(tài)量進(jìn)行線性化處理。從線性系統(tǒng)的控制方法來看，取得了很大的進(jìn)步，而且已經(jīng)非常成熟，這便降低了控制的難度[11]。在具備高速運算工鞥的數(shù)字信號處理器DSP或性能非常強的MCU中，這種方法可以起到很好的協(xié)助作用。這是因為，通過這種方法，可以在一定程度上加速系統(tǒng)的直流電壓相應(yīng)速度，具有非常好的跟蹤性能。但是，在實際使用的過程中，也存在計算復(fù)雜、難以找到反饋控制規(guī)則的特點，進(jìn)而會在一定程度上增加系統(tǒng)控制成本[12]。1.4.3Lyapunov穩(wěn)定性理論控制首先，使用函數(shù)的方式，對控制對象進(jìn)行建模，在進(jìn)行閉環(huán)設(shè)計時，這個函數(shù)值隨時間慢慢減少[13]。這個理論在19世紀(jì)80年代實踐成功了。即使在不好的勞動情況下也可以對整流器進(jìn)行閉環(huán)處理。在能量儲存元件的狀態(tài)下，通過該理論，可以撰寫李雅普諾夫函數(shù)，同時結(jié)合SVPWM的約光條件，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行控制【7】。1.4.4無源理論控制通過構(gòu)建一組具有正能量的關(guān)系公式，可以將系統(tǒng)的耗散性表現(xiàn)出來。同時，加強對總能量的控制。被動性是耗散性的主要表現(xiàn)形式，具體指的是系統(tǒng)2，端口能量成績的能量增加量。最終，會導(dǎo)出等效無源系統(tǒng)，這是目前學(xué)術(shù)界重點研究的內(nèi)容。從具體的結(jié)構(gòu)控制方法來看，主要是對非線性系統(tǒng)的研究對象，創(chuàng)建Lyapnov等效關(guān)系公式，能夠發(fā)現(xiàn)一組靜態(tài)狀態(tài)、又或者是輸出反饋，可以滿足無源關(guān)系公式的要求。從Lyapuunnov等式的設(shè)立過程來看，具體指的是研究對象的被動化過程。在控制的全過程中，會引入電壓型PWM整流器，能夠提高系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定特性和抗干擾性【12】。1.4.5模糊控制和基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的控制在上文中，我們介紹了很多地非線性控制方法，這些控制方法都是優(yōu)先構(gòu)架了系統(tǒng)的非線性數(shù)學(xué)模型，在此之后，對非線性控制器進(jìn)行了設(shè)計，進(jìn)而，在使用的過程中，會將一些不期望的條件忽略掉，也意味著構(gòu)建的假設(shè)處于理想的狀態(tài)。例如，在控制中，未對電網(wǎng)電壓變動引起重視，而是將其看成是理想的交流電流，從網(wǎng)側(cè)的電感來看，具有線性不飽和的特點，并且將開關(guān)看成是理想的開關(guān)。由此可見，如果將所有的不理想因素考慮進(jìn)來，那么想要構(gòu)建全面的數(shù)學(xué)模型是比較困難的。為了幕布非線性控制方法存在的不足之處，有關(guān)學(xué)者經(jīng)過研究之后，又構(gòu)建了相對復(fù)雜的非線性建模策略：其一為模糊控制理論，其二為人工網(wǎng)絡(luò)控制理論。在構(gòu)建對象模型存在困難時，上述兩個戰(zhàn)略的優(yōu)勢尤為明顯。在積分控制器的作用下，能夠?qū)閷箍刂频撵o態(tài)偏差消除掉。但是，在實際使用的過程中，這種控制