[发明专利]一种三相电压型PWM整流器自适应连续变结构预测控制方法

权利要求书

1.一种三相电压型PWM整流器自适应连续变结构预测控制方法，采用双闭环控制，其中电流内环采用模型预测控制，电压外环采用基于自适应连续函数构造的趋近律变结构控制，其特征在于，依次包括以下步骤：

(1)采集三相电压型PWM整流器系统的三相电网电压u_a、u_b、u_c，三相输入电流i_a、i_b、i_c及直流母线实际电压值U_dc；

(2)将采集到的三相电网电压u_a、u_b、u_c和三相输入电流i_a、i_b、i_c经过3/2坐标变换，得到两相静止坐标系下的电网电压u_α、u_β和输入电流i_α、i_β，将两相静止坐标系下的电网电压信号经过软件锁相环，得到电网电压位置角θ；

(3)将直流母线电压参考值与步骤(1)得到的直流母线电压实际值U_dc作差，经过自适应连续变结构控制，得到同步旋转坐标系下的d轴电流参考值设q轴电流参考值为0，再经由(2)得到的电网电压位置角θ进行Park反变换，得到两相静止坐标系下的α轴电流参考值和β轴电流参考值其中，下标α、β、d、q和dc均为区分作用，并非变量；

自适应连续变结构控制过程为：首先选取系统的状态变量为

式中,为直流母线电压参考值，U_dc为直流母线电压实际值，x₁为自定义的中间变量；

设计自适应连续变结构中的开关面切换函数为s＝x₁，以自适应连续函数重新构造变结构控制的趋近律，趋近律构造为：

其中，k₁0，k₂k₁0，1m3，1n3，s为切换函数，s′为切换函数s的导数，为自适应连续函数，sgn(s)为符号函数；

对式(1)求导，由于是给定值，故求导结果为：

根据三相PWM整流器在d、q坐标系下直流侧的电流关系式

根据式(3)和式(4)可得：

其中，i_d和i_q分别为同步旋转坐标系下的网侧电流，s_d和s_q分别为同步旋转坐标系下d、q轴开关函数，i_R为负载电流，下标d、q和dc均为区分作用，并非变量；

将式(2)代入式(5)，可得

假定输入电压为三相对称电压，稳态时，有e_q＝0,i_q＝0，其中，e_d和e_q分别为三相PWM整流器在两相旋转坐标系中的电网电压，U_RMS为电网电压有效值，下标RMS为区分作用，并非变量；

由三相PWM整流器在同步旋转坐标系下的数学模型

可推导出：

其中，R和L分别表示PWM变换器的电阻和电感值；

将式(8)其代入式(6)中，可得

稳态时，有即那么式(9)可改写为

即得同步旋转坐标系下的d轴电流参考值

(4)将步骤(2)得到的两相静止坐标系下的电网电压u_α、u_β和输入电流i_α、i_β，以及步骤(3)得到的两相静止坐标系下的α轴电流参考值和β轴电流参考值输入预测模型，得到α轴电压参考值和β轴电压参考值

(5)根据电压矢量平面各点与8个电压矢量v_α、v_β的距离关系，将电压矢量空间分为7个区域，并确定步骤(4)中得到的电压矢量参考值和所在的区域；其中，电压矢量v_α、v_β分别为PWM整流器的α轴、β轴输入电压；

(6)将步骤(4)得到的α轴电压参考值和β轴电压参考值与步骤(5)中相对应的区域电压矢量参考值点乘，若计算结果大于计算值c(k)，则电压矢量参考值在该区域内，此时选择该电压矢量作为最优输出电压矢量；

(7)将步骤(6)得到的各矢量作用时间输入到调制器，将调制器输出的开关位置信号作为控制功率器件的开关信号。