三相电压型PWM整流器双闭环系统设计与仿真精.docx

三相电压型PWM整流器双闭环系统设计与仿真精.docx

《三相电压型PWM整流器双闭环系统设计与仿真精.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三相电压型PWM整流器双闭环系统设计与仿真精.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

三相电压型PWM整流器双闭环系统设计与仿真精

科技信息

博士・专家论坛

三相电压型ＰＷＭ整流器双闭环系统设计与仿真

河北省保定热电厂

支宝威

华北电力大学控制科学与工程学院

张晓东

文中分析了三相电压型ＰＷＭ整流器在旋转ｄｑ坐标系中的简化数学模型，运用前馈解耦控制策略得到三［摘要］

相电压型ＰＷＭ整流器的电流解耦模型，根据该模型，提出了三相ＰＷＭ整流系统双闭环系统调节器的整定方法，并通过仿真验证了该整定法的可行性。

［关键词］ＰＷＭ整流器ＰＩ调节器解耦

闭环控制

从三相ＶＳＲｄｑ模型方程式（２）可看出，由于ＶＳＲｄ、ｑ轴

变量相互耦合，因而设计造成一定困难。

为此，可采用前馈解耦控制策略，当电流调节器采用ＰＩ调节器时，则ｖｄ、ｖｑ的控制方程式如下：

＊ＫｉＩ

（３））（ｉｄ－ｉｄ）－ωＬｉｑ＋ｅｄ

＊Ｋ

（４）ｖｑ＝－（Ｋｉｐ＋ｉＩ）（ｉｑ－ｉｑ）－ωＬｉｄ＋ｅｑ

式中，Ｋｉｐ、——电流内环比例调节增益和积分调节增益ＫｉＩ—

１引言

由于全控器件的不连续性以及系统模型的电流耦合性，

给系统设计带来了困难。

因此，本文根据文献［１］中所提到的前馈解耦控制策略，首先对三相电压型ＰＷＭ整流器（ＶＳＲ）进行解耦，得到ｄｑ旋转坐标系中的电流解耦模型。

其次，三相ＶＳＲ系统的控制有多种方式，其中双闭环控制系统由于控制结构简单、控制性能优良等优点被广泛采用。

因此，本文根据三相ＶＳＲ系统设计要求，提出了较为可行的双闭环系统设计方案并进行仿真验证。

ｖｄ＝－（Ｋｉｐ＋

２三相ＰＷＭ整流器数学模型

三相电压型ＰＷＭ整流器电路拓扑结构如图１所示。

ｉｄｃ

－Ｏ

－－

＋＋＋

ＲＲＲ

ＬＬＬ

ｉａ

ｉｂ

ｉｃ

ｕｄｃ

＋－

ＣｉＬ

——ｉｑ、ｉｑ、ｉｄ—ｉｄ电流指令值。

将式（３）、式（４）带入式（２），并化简得

＊＊

ｐ

＝Ａ%&－Ｂ%&%&ｉｉｉｉｄ

ｑ

ｉｄ

ｑ

ｉｄ

＊ｑ

＊

（５）

ｕｓａｕｓｂｕｓｃ

式中，

Ａ＝

’（（（（（（（

－［Ｒ－（ＫｉＰ＋ＫｉＩ）］／Ｌ

０

０

－［Ｒ－（ＫｉＰ＋ＫｉＩ）］／Ｌ

*+++++++,

Ｂ＝－１（ＫｉＰ＋ＫｉＩ）

式（５）表明：

基于前馈的控制算法式（３）、式（４）使三相

（ｉｄ，ｉｑ）实现了解耦控制，如图２所示。

ＶＳＲ电流内环

ｅｑ

ｉｑ

＊

图１三相电压型ＰＷＭ整流器主电路拓扑结构

三相ＶＳＲ拓扑结构主要包括交流侧电压源、交流侧的电感、电阻、直流电容以及由全控开关器件和续流二极管组成的三相全桥电路。

假设电网电压三相对称稳定，根据基尔霍夫定定律，由图１可列出系统微分方程如下：

!

########"########$ｄｃ

ＰＩ

ｖｑ

ｉａ

ｄｉ

Ｌａ＋Ｒｉａ＝ｅａ－ｖａ０

ｄｉ

Ｌｂ＋Ｒｉｂ＝ｅｂ－ｖｂ０

ｄｉ

Ｌｃ＋Ｒｉｃ＝ｅｃ－ｖｃ０

ｉ＝ｓａｉａ＋ｓｂｉｂ＋ｓｃｉｃ

ωＬ

ｉｑｉｄ

ＰＷＭ

ｉｂ

（１）

ωＬ

ｖｄ

ｅｄ

图２三相ＶＳＲ电流内环解耦控制结构

ｉｃ

式中，ｅａ、——交流侧电压源；ｅｂ、ｅｃ———交流侧等效电阻、等效电感；Ｒ、Ｌ—

——整流器输出电压；ｖａ０、ｖｂ０、ｖｃ０———桥路开关函数。

ｓａ、ｓｂ、ｓｃ—

通过坐标变换，三相电压型ＰＷＭ整流器在ｄｑ旋转坐标

系中的模型可描述为：

!

####"###$

Ｐ１

ｉｑ＊

３双闭环控制系统调节器的设计３．１电流调节器设计

由于两电流内环的对称性，因而以电流ｉｑ控制为例讨论电流调节器的设计。

考虑电流内环信号采样的延迟和ＰＷＭ控制器的小惯性特性，已解耦的ｉｑ电流内环结构如图３所示。

ｉｑ

＊

%&%

ｅｄ

＝Ｌｐ＋ＲｅｑωＬ

－ωＬ

Ｌｐ＋Ｒ

&%&%&

ｖｉｄ

＋ｄｉｑｖｑ

３（ｖｉ＋ｖｉ）＝ｖｉｄｃｄｃ

ｄｄｑｑ式中，ｅｄ，ｅｑ———三相电网电动势矢量的ｄ、ｑ分量；

——三相ＶＳＲ交流侧电压矢量的ｄ、ｖｄ，ｖｑ—ｑ分量；——三相ＶＳＲ交流侧电流的ｄ、ｉｄ，ｉｑ—ｑ分量；——微分算子。

ｐ—

（２）

１

Ｔｓｓ＋１

ＫｉＰ＋Ｋｖ

ｓ

ＫＰＷＭ０．５Ｔｓｓ＋１

ｅｑ

１／Ｒ（Ｌ／Ｒ）ｓ＋１

ｉｄ

图３ｉｑ电流环结构

支宝威（１９７９－），男，电气工程师。

张晓东（１９７９－），男，博士研究生，研究方向：

电力拖动及自动化。

作者简介：

—１３—

科技信息

博士・专家论坛

６００电压

／Ｖ５００４００３００

典型Ⅱ型鉴定曲线

图３中，Ｔｓ为电流内环电流采样周期（亦即为ＰＷＭ开关周期），ＫＰＷＭ为桥路ＰＷＭ等效增益。

为了使电流内环具有较好的电流跟随性能，根据文献［２］可按照典型一阶环节进行整定，经整定后的ＰＩ参数为：

!

##ｉＰ##"###ｉＩ#$

Ｋ＝Ｋ＝

ＬｓＰＷＭ

ＫｉＰＬ＝ｓＰＷＭｉ

（６）

２００１０００－１００

０

０．２

０．４

０．６

０．８

１

“模最佳”

鉴定曲线

３．２电压外环调节参数设计

三相ＶＳＲ直流侧电流ｉｄｃ可由开关函数描述为：

（７）ｉｄｃ＝ｓａｉａ＋ｓｂｉｂ＋ｓｃｉｃ

根据文献［３］，三相ＶＳＲ直流侧电流ｉｄｃ可简化为：

（８）ｉｄｃ≈０．７５ｍＩｍｃｏｓθ

式中：

θ———开关函数基波初始相位角；——ＰＷＭ调制比（ｍ≤１）ｍ—

综合分析可得三相ＶＳＲ电压外环控制结构，如图４所示。

ｖｄｃ

＊

ｔ／ｓ

１．２

１．４

１．６

１．８

２

图６两种电压调节器设计方案阶跃响应曲线由于“模最佳”法整定后的系统闭环传递函数分子中有一比例微分项，它使相角裕量减小，增大了超调量。

因此可以在系统的前面加一给定滤波器，以抵消闭环传递函数分子中的微分项，减小超调量。

加入给定滤波器前后系统的响应曲线如图７所示。

１．６１．４１．２１

电压（ｐｕ）／ｖ

没有给定虑波器

１１＋τｔｓ

Ｋｓ（１＋Ｔｓｓ）

Ｔｓｓ

Ｗｅｌ（ｓ）

Ｉｍ

０．７５ｍｃｏｓθ

ｉｄｃ

ｉＬ

１Ｃｓ

ｖｄｃ

有给定虑波器

图４三相ＶＳＲ电压外环控制结构图

在图４中，０．７５ｍｃｏｓθ可进行近似处理为一比例增益０．７５［３］。

将电压采样小惯性时间常数τｖ与电流内环等效小时间常数３Ｔｓ合并，即Ｔｅｖ＝τｖ＋３Ｔｓ，且不考虑负载电流ｉＬ扰动，经简化的电压外环控制结构如图５所示。

ｖｄｃ

＊

０．８０．６０．４０．２０－０．２

ｔ／ｓ

０

０．０１

０．０２

０．０３０．０４

０．０５０．０６

０．０７０．０８０．０９

０．１

Ｋｓ（１＋Ｔｓｓ）Ｔｓｓ

０．７５Ｔｅｒｓ＋１

１ｓＣ

ｖｄｃ

图７加入给定滤波器前后的系统响应曲线

５结论

图５三相ＶＳＲ电压外环控制结构图

由于电压外环的主要控制作用是稳定三相ＶＳＲ直流电压，故其控制系统整定时，应着重考虑电压外环的抗扰动性能。

为使电压外环具有较好的抗扰动性能，可采用“模最佳”原则确定系统电压调节器参数，经整定后的ＰＩ参数为：

通过仿真试验可看出，三相电压型ＰＷＭ整流器电压内环采用典型Ⅰ型系统调节方式进行的调节器参数整定对系统电

“模最佳”整定法得流具有较快的跟踪能力，而电压外环通过

到的系统响应不仅能够满足系统设计要求，而且相比采用典型Ⅱ阶系统整定法得到的调节系统具有更良好的抗扰动性能，动态响应速度也得到了明显的改善。

Ｋｖ＝２Ｃ

ｅｖ（９）Ｔｖ＝４Ｔｅｖ

４三相ＶＳＲ控制系统分析与仿真

运用ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ仿真软件对系统进行仿真分析，

并且验证上述双闭环系统调节器整定方法的可行性。

根据上述双闭环系统调节器的整定方法可分别算出电流内环以及电压外环调节器参数，并由此可对系统进行仿真分析。

图６中的响应曲线为“模最佳”电压外环整定曲线与典型Ⅱ系统整定曲线的对比。

由图中可看出，由“模最佳”整定法设计调节系统不仅具有良好的抗扰动性能，而且较快的动态响应速度。

%

参考文献

［１］ＹｅＹ，ＫａｚｅｒａｎｉＭ，ＱｕｉｎｔａｎａＶＨ．Ａｎｏｖｅｌｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅＰＷＭｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ．ＰＥＳＣ．２００１ＩＥＥＥ３２Ａｎｎｕａｌ．２００１，１：

１０２￣１０７

［２］李友善主编，自动控制原理［Ｍ］．北京：

国防工业出版社，１９８０

［３］张崇巍，张兴．ＰＷＭ整流器及其控制［Ｍ］．北京：

机械工业出版社，２００３．１０：

６２￣１４８

［４］魏泽国．可控硅串级调速的原理及应用［Ｍ］．北京：

冶金工业出版社，１９８５．８：

１３８￣１８１

ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ［ＤＢ／ＯＬ］．２００５

［２］ＣＥＲＴ／ＣＣ，ＣＡ－１９９４－０１［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．ｃｅｒｔ．ｏｒｇ／ａｄｖｉｓｏｒｉｅｓ／ＣＡ－１９９４－０１．ｈｔｍｌ，２００６

［３］ＧｒｅｇＨｏｇｌｕｎｄ，ＪａｍｅｓＢｕｔｌｅｒ．Ｒｏｏｔｋｉｔｓ：

ＳｕｂｖｅｒｔｉｎｇｔｈｅＷｉｎｄｏｗｓｋｅｒｎｅｌ［Ｍ］．ＡｄｄｉｓｏｎＷｅｓｌｅｙＰｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ，２００５

［４］ＪｅｆｆｒｅｙＲ．ＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｏｒＭｉｃｒｏｓｏｆｔＷｉｎｄｏｗｓ［Ｍ］．ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＰｒｅｓｓ，１９９９．

［５］ＪａｍｅｓＢＶＩＣＥ－Ｃａｔｃｈｔｈｅｈｏｏｋｅｒｓ！

ｉｎＢｌａｃｋＨａｔ［ＥＢ／ＯＬ］［２００４－１０－１７］，ｈｔｔｐ／／ｗｗｗ．ｂｌａｃｋｈａｔ．

ｃｏｍ／ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｓ／ｂｈ－ｕｓａ－０４－ｂｕｔｌｅｒ／ｂｈ－ｕｓ－０４－ｂｕｔｌｅｒ．ｐｄｆ

［６］ＪａｍｅｓＢ．ａｎｄＨｉｄｄｅｎＰｒｏｃｅｓｓｅｓ：

ＴｈｅＩｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｏｒＩｎｔｒｕｓｉｏｎＤｅｔｅｃｔｉｏｎ［Ｃ］／ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＩｅｅｅＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＡｓｓｕｒａｎｃｅ．ＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓＭｉｌｉｔａｒｙＡｃａｄｅｍｙｗｅｓｔｐｏｉｎｔ，Ｎ．Ｙ，２００３：

１１６－１２１．

（上接第１２页）象的ＲｏｏｔＫｉｔ技术的出现。

上文阐述了基于内核对象的隐藏技术原理，研究了ＤＫＯＭ和ＫＯＩＨ这两种基于内核对象的ＷｉｎｄｏｗｓＲｏｏｔＫｉｔ隐藏技术，分析了基于内核对象的Ｒｏｏｔｋｉｔ的本质。

网络攻防技术日新月异，隐藏技术也在攻防交替中不断发展、演变。

特洛伊木马不断提高隐藏性的最终目地在于提高可生存性。

今后病毒的多态性技术、抗分析性技术以及自动生产技术等将会有机的融入到特洛伊木马隐藏性中，ＲｏｏｔＫｉｔ的隐藏性也将会有新的发展。

参考文献

［１］ＮＳＡ．ＮＳＡｇｌｏｓｓａｒｙｏｆｔｅｒｍｓｕｓｅｄｉｎｓｅｃｕｒｉｔｙａｎｄｉｎｔｒｕｓｉｏｎ—