[发明专利]基于改进型广义内模控制的单相PWM整流器控制方法

说明书

本发明公开了一种基于改进型广义内模控制的单相PWM整流器控制方法，运用内模控制原理，将系统的标称控制器和鲁棒控制器的设计分开进行，使得系统在理想情况下能够取得标称控制器所能达到的优良性能，鲁棒控制器只有在存在模型误差、参数摄动、输入扰动的情况下才动作，让系统在恶劣情况下依然能保持稳定。本发明所设计的控制器具有较强的鲁棒性，特别是针对参数摄动、网压波动以及测量噪声等情况，仍能保持直流电压稳定和高功率因数，并有效降低网侧输入电流的谐波含量。

技术领域

本发明属于牵引整流器控制技术领域，具体涉及一种基于改进型广义内模控制的单相PWM整流器控制方法的设计。

背景技术

铁路是我国最重要的交通运输方式，其中电气化铁路因运输能力强、高速、绿色环保成为铁路网的重要组成部分。电力牵引传动系统作为电力机车的关键系统之一，其性能是列车的安全稳定运行的重要保证。对于牵引整流器，目前我国高速列车大多采用单相脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)整流器级联的方式进行交流到直流的电力变换。基于直流电压、交流电流(或功率)双级环路控制结构的电压源型整流器(VSR)由于结构简单、储能效率高、损耗低、控制方便，一直是PWM整流器研究应用的重点。其电压外环仅需保持直流侧电压恒定，一般采用简单的PI控制即可满足要求；而电流内环为了输出与牵引网电压同频同相位的高质量正弦波电流，其控制较为困难。近年来，针对电流内环的控制，国内外学者基于传统和现代的控制理论，提出了许多控制方法，用来改良整流器的性能。

基于瞬态电流控制的单相PWM整流器，其实现相对简单，且参数易于整定，但其局限于线性定常系统，对于模型参数大范围变化且非线性较强的系统，PID控制难以满足高精度、快响应的要求；且由于反馈电流为交流输出电流的瞬时值，对于正弦交流信号PID控制不能够实现无静差控制，因此输出电流的稳态误差较大。特别的，对于网侧电感参数存在摄动，与标称电感值不一致的情况，网侧输入电流不能很好的跟踪网侧电压的相位，致使系统功率因数下降。

基于dq轴电流解耦的双闭环控制方法，在单相坐标轴的基础上，构建一个虚拟的正交坐标轴，然后将静止坐标系下的正弦量转换为旋转坐标系下的直流量进行控制。该控制方法通过对电流的有功、无功直流分量的控制，能够消除控制电流的稳态误差。但当网侧电感值存在摄动时，虽然仍能保持系统的单位功率因数，网侧输入电流却会产生畸变。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于改进型广义内模控制的单相PWM整流器控制方法，使基于双闭环控制的单相PWM整流器控制系统具有较强的鲁棒性，特别是针对参数摄动、网压波动以及测量噪声等情况，仍能保持直流电压稳定和高功率因数，并有效降低网侧输入电流的谐波含量。

本发明的技术方案为：基于改进型广义内模控制的单相PWM整流器控制方法，包括以下步骤：

S1、根据单相PWM整流器在dq坐标系下的电路方程建立电流内环的状态方程；

S2、设定目标性能指标函数，并根据状态方程求解Riccati方程，得到最优控制器参数；

S3、将最优控制器作为广义内模控制中的标称控制器，并根据状态方程得到标称系统的传递函数；

S4、对标称控制器和标称系统的传递函数进行左互质分解，得到左互质分解因子；

S5、根据左互质分解因子及系统截止频率设计两个鲁棒控制器Q₁和Q₂；

S6、将两个鲁棒控制器Q₁和Q₂代入仿真系统进行检验，判断其性能是否满足系统参数摄动时的鲁棒性要求，若是则进入步骤S7，否则返回步骤S2；

S7、采用两个鲁棒控制器Q₁和Q₂对单相PWM整流器进行控制。