[发明专利]一种基于离散Lyapunov函数的单相PWM整流器的调制方法

说明书

技术领域

本发明涉及单相电压型PWM整流技术，尤其涉及一种基于离散Lyapunov函数的单相PWM整流器的新型调制方法，属于电力电子变流技术领域。

背景技术

随着经济的发展，大功率直流电源的需求量逐年上升，传统的不控和相控电源输入电流谐波大，功率因数低对电网影响较大，而且电流响应慢无法满足生产生活需求；而电压型PWM整流器能从根源上消除输入电流谐波，且具有单位功率因数，所以受到当前电力电子领域的重点关注。

目前常见的控制策略有：滞环比较控制、模型预测控制、无差拍控制，但是这些控制目前仍有不足之处：简单的滞环比较控制输入电流纹波依然较大；传统有限集模型预测控制虽然动态响应比较快，但算法在线计算量大造成延时影响控制效果，另外需要较高的开关频率才能有较好的控制效果，开关损耗大；而无差拍控制依赖于被控对象的数学模型，因此被控对象参数的准确性对控制性能的影响较大，在单相PWM整流器应用时电感参数漂移、采样不精确等都可能使电流不稳定并出现畸变，因此鲁棒性较差。

发明内容

针对现有控制策略的不足，本发明目的在于提供一种基于离散Lyapunov函数的单相PWM整流器的调制方法。该方法基于Lyapunov稳定性第二定理得到控制律，结合了无差拍控制优点、模型预测控制的“前馈-反馈”特点，具有控制性能好、鲁棒性强等优点。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。

一种基于离散Lyapunov函数的单相PWM整流器的调制方法，根据变换器的离散数学模型，定义基于被控量与参考量误差项的离散Lyapunov函数，由Lyapunov稳定性第二定理得到控制律，通过PWM调制输出开关信号；具体包括：(1)采样得到电网电压e、输入电流i、直流侧电容C两端电压Vdc；(2)电压外环采用PI控制，得到参考电流i*；(3)定义离散Lyapunov函数，得出整流器交流侧的控制律；(4)经过PWM调制单元输出开关信号S(k)并作用开关管。

进一步地，在步骤(1)中，利用锁相电路得到电网电压的过零点，DSP根据电网电压的过零点实时计算电网周期，并以此更改控制周期，同时根据电网电压的过零点计算电网电压值e，并转换为数字信号；用电流霍尔传感器采样输入电流值i、采用分压法采样整流模块直流侧电容C两端的直流电压值Vdc，并转换为数字信号。

进一步地，在步骤(2)中，将采样得到的直流侧输出电压Vdc与指令直流电压Vdc_ref的差通过PI调节，PI调节器输出得到参考电流的幅值,参考电流幅值与电网电压相位信息相乘得到参考电流i*。

进一步地，在步骤(3)中，根据lyapunov稳定性第二定理，定义离散Lyapunov函数为据此得到在k+1时刻整流器交流侧的控制律为α的选取参考区间为α∈[0.1,0.75]；步骤(4)中经过PWM调制单元输出开关信号S(k)并作用开关管。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、单相电压型PWM整流器交流侧输入电流纹波低，系统可实现单位功率因数运行；

2、系统控制性能得到改善；

3、系统鲁棒性好。

附图说明

图1是本发明的一种基于离散Lyapunov函数的单相PWM整流器的新型调制方法示意图；

图2是本发明的电流内环闭环传递函数G(z)随α变化的Bode图；

图3是应用本发明的交流侧输入电压电流的实验波形图。

图4是应用传统无差拍控制交流侧输入电压电流的实验波形图。

具体实施方式

本发明的一种基于离散Lyapunov函数的单相PWM整流器的新型调制方法，主要步骤如下：

(S1)利用锁相电路得到电网电压的过零点，DSP根据电网电压的过零点实时计算电网周期，并以此更改控制周期，同时根据电网电压的过零点计算电网电压值e，并转换为数字信号；

(S2)利用电流霍尔传感器采样输入电流值i、采用分压法采样单相电压型PWM整流模块直流侧电容C两端的直流电压值Vdc，并转换为数字信号；

(S3)将输出直流电压Vdc与指令直流电压Vdc_ref的差作为电压外环的输入，电压外环采用PI控制，PI调节器输出得到参考电流的幅值,参考电流幅值与电网电压相位信息相乘得到参考电流i*；

(S4)根据电压外环输出的参考电流、交流侧电流、交流侧电压采用基于离散Lyapunov函数的新型控制方法；具体如下所述：