本實用新型屬于電力電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種模糊自適應(yīng)滑膜變結(jié)構(gòu)控制下的新型空間矢量PWM整流器系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

三相電壓型PWM整流器（VSR）能夠?qū)崿F(xiàn)單位功率因數(shù)控制、能量雙向傳輸?shù)葍?yōu)點而廣泛的應(yīng)用在電力工業(yè)中。三相VSR本身為非線性、不確定系統(tǒng)，傳統(tǒng)雙閉環(huán)PI控制器雖然結(jié)構(gòu)簡單、易于數(shù)字化，但其本身易受到外部擾動及自身參數(shù)變化的影響。一旦受到不確定因素的影響，將導(dǎo)致三相VSR系統(tǒng)的魯棒性和動態(tài)性能變差，因此常規(guī)的控制策略很難達到理想的控制效果。

目前智能控制如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等被應(yīng)用于三相VSR控制系統(tǒng)中。由于模糊控制規(guī)則之間的相互作用，單純的使用模糊控制難以達到理想的效果。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)雖然具有容錯性、非線性逼近的優(yōu)點，但神經(jīng)控制器在運行過程中需要邊學(xué)習(xí)邊調(diào)整權(quán)值，因此對微處理器提出了較高的要求，難以數(shù)字化實現(xiàn)。滑?？刂剖且环N變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)控制的非線性控制方法，該控制方法根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)變量在狀態(tài)空間中的當前位置以高頻在一個結(jié)構(gòu)和另一個結(jié)構(gòu)之間切換，迫使被控系統(tǒng)能夠精確的跟蹤預(yù)先設(shè)定的期望值。一旦系統(tǒng)進入預(yù)先設(shè)定的滑動模態(tài)，對外部擾動及不確定因素具有很強的魯棒性。

但滑?？刂茣瓜到y(tǒng)以極高的頻率切換，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)有害的抖振效應(yīng)。滑膜控制系統(tǒng)存在抖振問題，抖振現(xiàn)象不僅影響系統(tǒng)的控制精度，甚至造成控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，因此在應(yīng)用滑膜控制方法時必須削弱抖振現(xiàn)象。傳統(tǒng)滑?？刂破饔捎诙墩瘳F(xiàn)象的存在嚴重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定，對系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性能造成很大影響。

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，設(shè)計出一種可以削弱抖振的方法，將模糊控制與滑膜變結(jié)構(gòu)控制相結(jié)合應(yīng)用到PWM整流器系統(tǒng)中。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出了一種新型空間矢量控制的PWM整流器系統(tǒng)，電路設(shè)計簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)單位功率因數(shù)運行，負載突變時直流輸出穩(wěn)定。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案。

一種新型空間矢量控制的PWM整流器系統(tǒng)，包括主電路、控制電路和檢測電路，所述主電路包括三相交流電源和PWM整流器；所述控制電路包括比較器、模糊滑膜變結(jié)構(gòu)控制器、兩個電流調(diào)節(jié)器、脈寬矢量生成器和電壓反饋電路；所述檢測電路包括電壓檢測電路與電流檢測電路。

所述PWM整流器的主電路分別于電壓檢測電路、電流檢測電路、電壓反饋電路的輸入連接；所述電壓比較器將與給定電壓與電壓反饋電路的輸出電壓比較后與模糊滑膜變結(jié)構(gòu)控制器連接，所述模糊滑膜變結(jié)構(gòu)控制器與電流調(diào)節(jié)器連接，所述電流調(diào)節(jié)器通過變換后與脈寬矢量生成器連接，所述脈寬矢量生成器與主電路的整流器連接。所述檢測電路的電壓信號與電流信號由霍爾傳感器檢測得到。

所述電流檢測電路連接Park變換與Clark變換模塊輸出交直軸電流iq、id，所述的電壓檢測電路連接Clark變換模塊輸出靜止兩項電壓。

所述整流器各相橋臂均采用IGBT管控制，每個IGBT管反并聯(lián)一個二極管，各IGBT管均由脈寬矢量生成器生成的SVPWM波驅(qū)動。

所述電壓外環(huán)采用模糊滑膜變結(jié)構(gòu)控制，電流內(nèi)環(huán)采用傳統(tǒng)PI控制: 所述新型空間矢量控制的PWM整流器系統(tǒng)的控制電路采用TI公司的DSP數(shù)字處理芯片TM320F2812。

本實用新型有益效果如下。

（1）本實用新型提供了一種新型空間矢量控制的PWM整流器系統(tǒng)，電路設(shè)計簡單，成本低，有較高的實用價值，能夠廣泛應(yīng)用于多種場合。

（2）本實用新型對外加擾動進行自適應(yīng)調(diào)整，實時調(diào)整滑膜變結(jié)構(gòu)控制中切換函數(shù)的增益，當距離滑模面較遠時，增大切換函數(shù)的增益，當距離滑模面較近時，減小切換函數(shù)的增益，從而以較快速度達到穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）本實用新型采用模糊控制和滑?？刂葡嘟Y(jié)合的復(fù)合控制方案，結(jié)合兩者的優(yōu)點來提高三相整流器的抗干擾能力和動靜態(tài)性能，減少抖振引起電力電子開關(guān)器件的損耗，能夠?qū)崿F(xiàn)單位功率因數(shù)控制、網(wǎng)測電流諧波含量低、直流側(cè)輸出穩(wěn)定。

附圖說明

圖1是本實用新型一種新型空間矢量控制的PWM整流器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本實用新型一種新型空間矢量控制的PWM整流器系統(tǒng)的滑膜變結(jié)構(gòu)控制器結(jié)構(gòu)圖。

圖3是本實用新型一種新型空間矢量控制的PWM整流器系統(tǒng)的直流側(cè)輸出電壓仿真效果圖。

圖4是本實用新型一種新型空間矢量控制的PWM整流器系統(tǒng)的電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。

如圖1所示，本實用新型一種新型空間矢量控制的PWM整流器系統(tǒng)，包括主電路、控制電路和檢測電路，所述主電路包括三相交流電源和PWM整流器；所述控制電路包括比較器、模糊滑膜變結(jié)構(gòu)控制器、兩個電流調(diào)節(jié)器、脈寬矢量生成器和電壓反饋電路；所述檢測電路包括電壓檢測電路與電流檢測電路。所述PWM整流器的主電路分別于電壓檢測電路、電流檢測電路、電壓反饋電路的輸入連接；所述電壓比較器將與給定電壓與電壓反饋電路的輸出電壓比較后與模糊滑膜變結(jié)構(gòu)控制器連接，所述模糊滑膜變結(jié)構(gòu)控制器與電流調(diào)節(jié)器連接，所述電流調(diào)節(jié)器通過變換后與脈寬矢量生成器連接，所述脈寬矢量生成器與主電路的整流器連接。所述檢測電路的電壓信號與電流信號由霍爾傳感器檢測得到。

通過霍爾電流傳感器、霍爾電壓傳感器采樣整流器交流側(cè)電流信號、電壓信號，DSP處理器把采集到的交流側(cè)電流信號與電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，將靜止的三相電流信號ia、ib、ic通過Clark變換與Park變換轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的兩相電流信號id、iq，將id、iq分別輸入到內(nèi)環(huán)與外環(huán)的比較器；將靜止的三相電壓信號ea、eb、ec通過Clark變換轉(zhuǎn)換為靜止兩相電壓信號Vɑ、Vβ。將Vɑ、Vβ連接到雙閉環(huán)控制電路的Park逆變環(huán)節(jié)。

如圖2所示，通過電壓傳感器將直流側(cè)輸出的電壓信號反饋到控制電路與電壓給定值進行比較，得出的比較值輸入到模糊滑膜變結(jié)構(gòu)控制器，為了減弱抖動，利用滑模控制器實時調(diào)整的值而實現(xiàn)滑模變結(jié)構(gòu)控制。本實用新型的控制方法是：當系統(tǒng)狀態(tài)點距離滑模面較遠時，加大控制量，加快正常階段的趨近速度；當系統(tǒng)狀態(tài)點距離滑模面較近時，減小控制量，防止系統(tǒng)以過快的速度沖過滑模面造成系統(tǒng)抖動，實現(xiàn)電壓外環(huán)的模糊滑膜控制。由于PWM整流器系統(tǒng)的外部控制變量有兩個：Udc和iq ，所以在設(shè)計系統(tǒng)的開關(guān)函數(shù)時只需考慮Udc和iq兩個變量。為保證系統(tǒng)單位功率因數(shù)運行，則iq*=0 。設(shè)eu =Udc*-Udc ,選擇eu ,deu/d為狀態(tài)變量。

滑膜變結(jié)構(gòu)控制器輸出的直軸電流i*d與電流檢測電路輸出的id輸入比較器，比較器與PI調(diào)節(jié)器連接；兩個PI調(diào)節(jié)器輸出的旋轉(zhuǎn)電壓V*d/、V*通過Park逆變換得到靜止兩相電壓V*ɑ、V*β，靜止兩相電壓V*ɑ、V*β通過脈寬矢量發(fā)生器得到SVPWM波，將SVPWM波作為觸發(fā)信號輸入到PWM整流器。

如圖3所示為本實用新型PWM整流器系統(tǒng)直流側(cè)輸出電壓仿真效果圖，圖中可以看出模糊自適應(yīng)滑?？刂品绞奖入p閉環(huán)PI控制具有更小的超調(diào)量，且能夠更快的到達穩(wěn)態(tài)值；突加負載時，模糊自適應(yīng)滑?？刂品绞诫妷翰▌臃秶?，恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)值時間短。模糊自適應(yīng)滑?？刂频娜郟WM整流器系統(tǒng)具有更強的抗干擾能力和動態(tài)性能。

如圖4所示為本實用新型PWM整流器系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)，圖中可以看出系統(tǒng)進入穩(wěn)定狀態(tài)時功率因數(shù)值達到0.996以上，接近為單位功率因數(shù)值1，能夠?qū)崿F(xiàn)單位功率因數(shù)運行。

上述結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式進行描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實用新型的理論和實質(zhì)的前提下對其作出修改或補充或類似方式的替代，但這些改動均在本實用新型的保護范圍。