[发明专利]一种逆变器的PR和PI控制器参数协同优化设计方法

摘要

本发明提出了一种针对三相逆变器带负载运行模式下的PR和PI控制器参数协同优化设计方法。其中，电压外环的PR控制器参数设计方法通过给定幅值和相位裕度条件，推导出能够获得满足变流器应用要求的参数变动范围。电压外环和电流内环的PI控制器参数设计方法通过独立参数选择和混合参数选择方式，能够实现系统优化快速响应和控制稳定。所发明的控制方法有助于实现程序化的参数设计，快速高效的完成系统稳定控制，提高系统稳态性能，同时可以根据应用场合实际需求调节响应速度和控制精度，满足逆变系统输出电压的质量要求。

主权项

1.一种三相逆变器带负载运行模式下的PR和PI控制器参数协同优化设计方法，其特征在于，以开环传递函数、PM、GM和fc值为约束条件，首先对电压环PR控制器的参数进行优化设计，再对电压环PI控制器和电流环PI控制器的参数进行协同优化设计，其中PM为相位裕度，GM为幅值裕度，fc为截止频率，具体方法步骤如下：S1，推导系统电压电流环开环传递函数Gopen(s)；其中，Gv(s)表示电压环传递函数，Gi(s)表示电流环传递函数，GPWM(s)表示脉冲宽度调制环节传递函数，L1，L2为LCL滤波器电感值；其中，kpv和kpi是电压电流环中含有PR控制器的比例系数，krv和kri是电压电流环中含有PR控制器的谐振系数，kPRv表示高阶次谐振系数，Ts表示采样时间；S2，针对LCL输出滤波器，开环控制器的交叉频率应该低于滤波器的谐振频率，进而保证系统稳定性；S3，计算频率低于截止频率的系统增益时，滤波电容可以被忽略；S4，应用逐次逼近的近似算法，可以得到比例增益kp近似值；S5，计算电压幅值偏差Eam，开环传递函数Gopen(s)的最小增益为1/Eam‑1，进而推导出kr值下限kr_min；计算电压幅值偏差Eam：其中，V表示反馈电压值，Vref表示参考电压值；开环传递函数Gopen(s)的最小增益为1/Eam‑1，进而推导出kr值下限kr_min为：S₆，PR控制器在基频f₀处具备更大的增益，同时引入的负相移问题降低了系统的幅值裕度(PM)，相应计算相位范围不超过可得到谐振系数k_r最大值k_r_max，即k_r取值范围为k_r_min≤k_r≤k_r_max；可得到谐振系数kr最大值kr_max为：即kr取值范围为kr_min≤kr≤kr_max；S7，考虑到电容C的影响，计算相关幅值裕度GM和相位裕度PM，保证实际工程需求GM≥3dB和30°≤PM≤60°；重新排列公式(10)可得：计算幅值裕度GM：重新排列公式(12)可得：保证实际工程需求GM≥3dB和30°≤PM≤60°；S8、电压环和电流环PI控制器参数设计方法在PR控制器参数选定的基础上进一步优化选择，最终设计出电压环和电流环控制参数kpv,kiv,kpi和kii范围；PI控制器参数设计分为独立参数选择和混合参数选择两部分：S9、独立参数选择方法为依次固定其中三个参数值，改变另外一个相关参数，以PM、GM和fc值为判断依据，选定参数值；S10、混合参数选择方法为选择固定独立参数选择中确定的参数，依次改变另外三个相关参数，以PM、GM和fc值为判断依据，选定参数值。