[发明专利]一种基于死区时间估计的三相PWM整流桥的自适应控制算法

说明书

技术领域

本发明是一种基于死区时间估计的自适应控制算法，主要针对三相PWM（脉宽调制）整流器的控制。

背景技术

三相PWM整流器是电力电子领域常见的拓扑，详见附图1。同一个半桥的上下桥臂的驱动信号是互补的，如图2所示。为了避免上下桥臂的同时导通，需要在上下桥臂开关管的驱动信号上加入死区，以保证设备的安全，即在一个开关关断后，另一个开关延时T_D时间才打开，称T_D为死区时间。加入死区以后，在提高了系统安全性的同时，也恶化了电流品质。当电流为正方向时，输出电压正脉宽变窄，输出电压值比期望值低；当电流为负方向时，输出电压负脉宽变窄，输出电压值比期望值高。这实际上是一种执行器偏差，不仅会造成波形的畸变，也会造成稳态精度的降低。为了提高控制性能，需要对死区作用进行补偿。传统的方法需要知道死区的大小，判断波形的过零点，根据极性的正负，对死区时间进行补偿。这种方法存在两种局限性：一是死区时间需要经过离线测试才能确定，同时不同的桥臂实际的死区时间并不完全一致；二是需要判断波形过零点的正负，这点一般通过硬件实现，它的判断精度极大的影响了死区补偿的效果。若处理不当，不仅不能提升系统品质，反而会恶化控制性能。本发明提供了一种能够在线估计死区大小，并根据估计值调整控制律的算法。

发明内容

为了以上目的，本发明提供了一种在线估计死区大小，并在线进行自适应补偿的方法。该方法可以提升系统的控制性能，具体包括：

（1）基于扩展卡尔曼滤波的死区参数估计方法。由于采样周期远远小于交流电流周期，在六分之一个电流周期内，可以认为死区参数是一个常数。DQ坐标下三相PWM整流桥系统的数学方程如下：

(d_d+Z_d)U_dc=-Ri_d-L(di_d/dt)+f_d(t)

(d_q+Z_q)U_dc=-Ri_q-L(di_q/dt)+f_q(t)

其中d_d,d_q是给定的驱动信号的占空比，Z_d和Z_q是三相桥臂的死区在DQ坐标上的投影，U_dc是直流环节的电压。i_d，i_q分别为d轴和q轴电流。L是滤波电感值，R是电路电阻，f_d(t)和f_q(t)是已知的系统扰动。针对上述系统，可以设计扩展卡尔曼滤波器得到死区参数Z_d和Z_q的估计Z_d^{^}和Z_q^{^}；

（2）利用估计参数补偿执行器偏差，补偿死区对系统的影响。对占空比进行补偿：d_d’=d_d-Z_d^{^}和d_q’=d_q-Z_q^{^}。从而，可以得到：

(d_d’+ Z_d^~)U_dc=-Ri_d-L(di_d/dt)+f_d(t)

(d_q’+ Z_d^~)U_dc=-Ri_q-L(di_q/dt)+f_q(t)

其中Z_d^~和Z_q^~是死区参数估计误差；

（3）考虑到对死区的估计存在误差，设误差的上界未知，为ε，即| Z_d^~|,| Z_q^~|<ε。将这种估计误差视作系统的不确定性，采取自适应控制算法在线调整对误差上界参数ε的估计。

与传统的方法相比，该方法的积极意义是：

（a）采用在线估计的算法估计死区的影响，避免了大量离线的对死区参数的测试任务；