【正文】 “間接電流控制”兩種控制策略。實(shí)際上間接電流控制是幅相控制，根據(jù)系統(tǒng)低頻穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型(反映穩(wěn)態(tài)下電壓平衡關(guān)系)要控制網(wǎng)側(cè)電流，可以通過控制電壓型PWM整流器的交流側(cè)電壓基波的幅值、相位來實(shí)現(xiàn)。“直接電流控制”策略是通過對交流電流的直接控制而使其跟隨電流給定信號的控制方法，采用交流電流內(nèi)環(huán)、直流電壓外環(huán)構(gòu)成整流器控制系統(tǒng)，既可恒定控制直流電壓因數(shù)，又可實(shí)現(xiàn)單位功率。直接電流方法的提出引起了學(xué)術(shù)界廣泛的關(guān)注，從系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)形式分，直接電流控制分為三種類型：1)電壓電流雙閉環(huán)控制。他們的共同特點(diǎn)是:輸入電流和輸出電壓分開控制，電壓外環(huán)的輸出作為電流指令信號，電流內(nèi)環(huán)控制輸入電流，使之快速地跟蹤電流指令。由于電流內(nèi)環(huán)的存在，只要把電流指令限幅就可自然起到過流保護(hù)的作用，這是雙閉環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn)。它具有相當(dāng)快的電流控制特性，適應(yīng)參數(shù)變化的能力也很強(qiáng)。代替滯環(huán)控制器被串比例或比例積分等線性控制器所代替，并結(jié)合電流狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)電流解耦的控制方法應(yīng)用比較廣泛，其動態(tài)特性和滯環(huán)控制接近。所以也有采用狀態(tài)反饋的方法配置電流響應(yīng)的閉環(huán)極點(diǎn)，這種方法和前述串聯(lián)比例電流調(diào)節(jié)器加電流反饋解禍的控制方式的本質(zhì)上是一樣的。對于電流的控制既可以在靜止坐標(biāo)系中，也可以是在兩相同步坐標(biāo)中進(jìn)行。早期的控制電路主要采用模擬電路，實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)變換十分復(fù)雜，所以控制器一般選擇在靜止坐標(biāo)系中實(shí)現(xiàn)。隨著處理器技術(shù)的不斷發(fā)展，模擬電路正逐步被數(shù)字化系統(tǒng)所代替。第二類控制方式是以整流器的小信號線性化狀態(tài)空間模型為基礎(chǔ)。這種控制方式需要先離線算出每個(gè)靜態(tài)工作點(diǎn)的狀態(tài)空間模型及其對應(yīng)的反饋矩陣，然后將其存入存儲器。這種方式的控制效果不錯(cuò)，只是要對靜態(tài)工作點(diǎn)的劃分很細(xì)，所以造成計(jì)算量大，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。因?yàn)檎髌鞅举|(zhì)上是非線性的，所以用非線性控制方法更為適合。本文采用的電流電壓雙閉環(huán)控制系統(tǒng)是基于dq坐標(biāo)變換的矢量控制方法，根據(jù)矢量控制的觀點(diǎn)，把整流器里三相靜止坐標(biāo)系中的各變量變換成兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的兩相分量，得出兩相電流分量和電流有功分量、無功分量之間的對應(yīng)關(guān)系，系統(tǒng)控制采用電流內(nèi)環(huán)與電壓外環(huán)的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，通過對PWM整流器有功和無功電流的單獨(dú)控制，達(dá)到控制功率因數(shù)的目的。為了簡化推導(dǎo)過程，特作如下假設(shè)：② 電網(wǎng)電壓為理想電壓源,即三相對稱、穩(wěn)定，內(nèi)阻為零；② 各相電感相等，均為 L , L=L=L=L。圖37中節(jié)點(diǎn)a、b、c 相對于節(jié)點(diǎn)N 的電壓為： （31） 式中， ———開關(guān) 、 、的占空比。 A O B N C 圖39 整流器等效平均模型由圖39可知, 點(diǎn) A 、B 、C 相對于中性點(diǎn)O 的電壓矢量等于電源相電壓矢量減去電感電壓矢量, 即為: （32）式中ω——電源電壓角頻率；、——電源相電壓矢量、 ——電感電流矢量。由于占空比是小于等于1 大于等于0 的數(shù), 即為： j (a,b,c) (312)由上式可得： 1+ j(a,b,c) (313)根據(jù)電壓型PWM 整流器的工作原理, ,所以參數(shù) 的取值范圍是: 02 (314)將式(35)重新列寫為: (315) 三相整流器的功率因數(shù)校正目標(biāo):控制每相電感電流跟隨其正弦相電壓變化, 即滿足如下方程: (316) 式中 ——等效輸入電阻將上式代入式(315)并整理可得: (317) 式中——電流檢測等效電阻。定義= ,根據(jù)式(28)取= 上式表明, 三相電路的功率因數(shù)校正可以通過控制開關(guān)的占空比來實(shí)現(xiàn)。 本章小結(jié)本章主要研究單周期控制原理及其實(shí)現(xiàn)，單周期控制技術(shù)在PFC整流器中的應(yīng)用，對三相PWM整流器的結(jié)果和原理進(jìn)行探討。第4章 單周期控制三相PWM整流器仿真 三相高功率因數(shù)整流器的控制結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)電壓環(huán)和兩個(gè)電流環(huán)組成的雙內(nèi)環(huán)單外環(huán)的雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)，電壓環(huán)不僅控制直流輸出電壓并且電壓環(huán)調(diào)節(jié)器輸出作為有功電流的給定，無功電流的給定可以直接設(shè)為零?；谇梆伒目刂剖谷郪SR電流內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)了解耦控制。為電流內(nèi)環(huán)電流采樣周期(即亦為PWM開關(guān)周期)，為橋路PWM等效增益。 電壓外環(huán)控制的目的是為了穩(wěn)定VSR直流側(cè)電壓。對于單位功率因數(shù)正弦波電流控制，三相VSR網(wǎng)側(cè)電流為 (44)另外，三相VSR直流側(cè)電流可由開關(guān)函數(shù)描述如下： (45)將式(43)、(44)代入式(45)，化簡得 (46) 綜合以上分析，為簡化控制結(jié)構(gòu)，將電壓采樣小慣性時(shí)間常數(shù)與電流內(nèi)環(huán)等效小時(shí)間常數(shù)3合并，即，且不考慮負(fù)載電流擾動。MATLAB從產(chǎn)生起，就得到了國外許多大學(xué)的師生，科技人員的關(guān)注，應(yīng)用和開發(fā)。在目前使用的MATALB語言可以直接轉(zhuǎn)為C代碼，使得MATLAB在工程設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方面具有了實(shí)用性和競爭優(yōu)勢，深受廣大工程技術(shù)人員的重視。 MATLAB中Simulink是一個(gè)比較特別的工具箱，它具有兩個(gè)顯著的功能：Simu(仿真)與Link(鏈接)，是實(shí)現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真的一個(gè)集成環(huán)境。它支持線性和非線性系統(tǒng)、連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)和離散時(shí)間系統(tǒng)、連續(xù)和離散混合系統(tǒng)，而且系統(tǒng)可以是多進(jìn)程的。對于電壓型整流器控制系統(tǒng)的仿真，以往只考慮基波分量，得出的結(jié)果是光滑的曲線，與實(shí)物模型相差較大。該方法用開關(guān)函數(shù)描述實(shí)際開關(guān)的瞬態(tài)過程，同平均模型相比提高了仿真的精度，同實(shí)物模型相比仿真速度明顯加快，有效地解決了仿真算法收斂性問題，從而為設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)PWM整流器控制器提供了一種有效的方法。 仿真研究為了驗(yàn)證單周期控制策略的正確性和有效性，應(yīng)用系統(tǒng)級仿真軟件MATALB對改進(jìn)的單周期控制有源前端變換器進(jìn)行仿真研究。仿真采用實(shí)際的電路模型，考慮了實(shí)際的電路驅(qū)動能力和功率管開關(guān)時(shí)間。直流母線輸出直流電壓、電壓誤差信號和PI調(diào)節(jié)器輸出分別如圖448和49所示。同時(shí)，輸出電壓沒有超調(diào)且平滑性好，系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)比較快。圖 46 輸入電壓和電流波形 圖47 直流母線輸出電壓（2）抵抗負(fù)載擾動：。突減負(fù)載時(shí)輸出電壓波形如圖413所示。輸入電流嚴(yán)格跟隨輸入電壓變化，實(shí)現(xiàn)了單位功率因數(shù)整流過程，負(fù)載在突增和突減的情況下，由于改進(jìn)的單周期控制策略引入電源電壓前饋控制，并且消除了電壓誤差放大器輸出信號Vm對變換器的影響，保證了輸入電流很好的正弦度。直流母線帶有源負(fù)載時(shí)，加載電機(jī)工作在回饋制動狀態(tài)，制動能量通過加載驅(qū)動器回饋給直流母線電容上，導(dǎo)致直流母線電壓的泵升，制動能量的快速處理并有效地回收利用，對于提高加載系統(tǒng)的加載頻寬具有重要的意義。 圖413 負(fù)載突減時(shí)輸出電壓 圖414整流到逆變時(shí)輸入電壓和電流 圖415 整流到逆變時(shí)輸出電壓 本章小結(jié)本章對單周期控制三相PWM整流器控制系統(tǒng)和MATLAB軟件進(jìn)行了介紹，對單周期控制三相PWM整流器進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明，在負(fù)載突增和突減情況下，單周期控制策略具有抵抗負(fù)載擾動的能力。驗(yàn)證了單周期控制策略的正確性和有效性。推導(dǎo)了單周期控制三相電壓型PWM整流器的控制規(guī)律。完成了三相PWM 整流器的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究, 仿真和試驗(yàn)結(jié)果都驗(yàn)證了理論分析的正確性。首先建立了三相PWM整流器的數(shù)學(xué)模型,根據(jù)單周期控制特點(diǎn),設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)電路框圖。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明單周期控制是一種有效的控制方法,實(shí)現(xiàn)了功率因數(shù)基本為1的目的。能夠在每一開關(guān)周期內(nèi)抑制輸入電壓的波動并且控制輸入平均電流跟蹤輸入相電壓且不受負(fù)載電流的約束,即使負(fù)載電流有很大的諧波也不會使輸入電流發(fā)生畸變。和功率因數(shù)校正。根據(jù)仿真結(jié)果證明本文設(shè)計(jì)的單周期控制三相PWM整流器電路，完全能夠達(dá)到整流、高輸入功率因數(shù)、降低諧波、穩(wěn)壓的目標(biāo)。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，劉老師謙虛嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、誨人不倦的工作熱情和求實(shí)務(wù)實(shí)的敬業(yè)精神，都深深的影響和激勵(lì)著我。在此，我由衷的感謝劉