[发明专利]一种四线制VIENNA整流器的控制系统、控制器及设计方法

权利要求书

1.一种四线制VIENNA整流器的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括电压差环计算模块(6)、电压和环计算模块(5)、正负半周判断模块(4)、电流环(1)、前馈控制模块(3)和脉冲信号产生模块(2)；

所述电流环(1)内设有控制器(7)，控制器(7)为变参数PI控制器，脉冲信号产生模块(2)内设有SPWM模块(8)，前馈控制模块(3)内设有占空比前馈(9)；

所述电压差环计算模块(6)与电压和环计算模块(5)并联连接合成总电压环模块，总电压环模块、正负半周判断模块(4)、电流环(1)依次顺序连接后，与前馈控制模块(3)相加，再和脉冲信号产生模块(2)相连；

所述正负半周判断模块(4)的输入端接电压差环计算模块(6)和电压和环计算模块(5)的输出端，正负半周判断模块(4)的输出端接电流环(1)的输入端，电流环(1)的输出端接与前馈控制模块(3)的输入端相加后接脉冲信号产生模块(2)的输入端；

一种应用所述控制系统的控制器的设计方法包括以下步骤：

步骤1、根据非线性电感的电感值与流经电感的电流大小之间的关系式，可得，电感值的大小与电流大小之间成负相关的关系：

其中，A_e为有效截面积；l_e为磁路长度；μ_c为磁导率；N为电感线圈的匝数；a、b、c、d是直流偏置特性曲线的常系数；当电路工作状况被确定时，电感的无直流偏置下最大电感系数、匝数、磁粉芯选型都被确定，当电感电流I增大时，电感值L会随之减小；当电感电流I减小时，电感值L会随之增大；

步骤2、根据电路满载运行时的电流峰值计算公式，计算得出：

其中P_o为输出功率；U_imin为输入电压最小值；η为整流器效率；

计算出电流为零时对应的电感最大值L_max、满载运行时的电流峰值时对应的电感最小值L_min；

步骤3、将电感的变化范围L_min～L_max按照等距划分为N段，N1且N为正整数，获得N+1个等距的电感端点值；根据三相四线制VIENNA整流器的电流内环传递函数：

设定相角裕度θ和截止频率f_c，然后将N+1个等距的电感端点值分别代入传递函数中，利用公式求解出N+1个控制器(7)的比例系数和积分系数:

步骤4、利用MATLAB/Curve Fitting工具，分别将N+1个控制器(7)的比例系数与电感值的关系曲线和积分系数与电感值的关系曲线进行n次多项式拟合，n1且n为正整数，获得比例系数和积分系数对电感的关系式；

由步骤1-4得，利用电感值与流经电感的电流大小之间的关系式与比例系数和积分系数对电感的关系式来构建一个通过电感电流作为反馈的控制器(7)；控制器(7)的比例系数和积分系数随着输入电流的变化而变化。

2.根据权利要求1所述的一种四线制VIENNA整流器的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括采集输入侧的相电压和相电流u_a、u_b、u_c、i_a、i_b、i_c，输出侧上下电容上的电压u_p、u_n，计算输出侧的总电压u_o＝u_p+u_n。

3.根据权利要求2所述的一种四线制VIENNA整流器的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括根据三相四线制VIENNA整流器存在自动物理解耦的功能，对三相四线制VIENNA整流器的控制，即分别对A、B、C三相的控制，且A、B、C三相的控制策略完全相同。

4.根据权利要求3所述的一种四线制VIENNA整流器的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括通过输出电压设定值和输出侧的总电压作差后，经过PI控制器运算得到电压和环的输出值；

将输出侧上下两个电容上的电压u_p、u_n通过作差后，经过PI控制器运算得到电压差环的输出值。