三相電壓源型 PWM 整流器控制

在電壓源型整流器的雙環(huán)控制方式中，電壓外環(huán)僅需直流電壓恒定，控制比較容易，一般采用PI算法即可，但電流外環(huán)需要輸出穩(wěn)定高質(zhì)量的正弦波電流與公共電網(wǎng)同壓、同頻、同相位，控制比較困難，因此提出的控制算法很多。按照電流內(nèi)環(huán)的控制方式不同，VSR控制方式可分為傳統(tǒng)的線性/非線性控制、現(xiàn)代的非線性控制和智能控制3大類 。

三相電壓源型 PWM 整流器控制傳統(tǒng)的線性/非線性控制方法

在交流小信號分析時，整流器被視為一個線性系統(tǒng)，可用成熟的線性控制理論的方法研究;由于整流器本質(zhì)上是一個強非線性的動態(tài)系統(tǒng)，采用非線性控制技術(shù)才能使系統(tǒng)對參數(shù)變化和外來擾動具有魯棒性和適應(yīng)性。下面介紹幾種傳統(tǒng)的線性/非線性控制方法 。

(1)滯環(huán)電流控制。它是由Thomas A F.在1967年首次提出，并在電流內(nèi)環(huán)采用這種滯環(huán)電流控制方式。雙閉環(huán)系統(tǒng)將外環(huán)PI調(diào)節(jié)器的輸出分別乘以與相電壓同相位的正弦電壓，得到一個指令正弦電流，將它與實際檢測到的交流電流進行比較，兩者的偏差作為滯環(huán)比較器的輸入，通過滯環(huán)比較器產(chǎn)生控制主電路中開關(guān)通斷的PWM信號，該PWM信號經(jīng)驅(qū)動電路控制并網(wǎng)逆變器的相應(yīng)開關(guān)器件通斷，使實際電流追蹤指定的電流的變化。滯環(huán)電流比較器集電流控制與PWM產(chǎn)生于一體，它兼有電流控制器和PWM產(chǎn)生作用。

優(yōu)點：控制結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，電壓利用率高，動態(tài)性能較好；當(dāng)功率器件的開關(guān)頻率很高時，電流響應(yīng)快，可實時控制;不存在載波，輸出電壓中不含特定頻率的諧波分量；若滯環(huán)的環(huán)寬固定，電流跟蹤的誤差范圍是固定的;控制運算中未使用電路參數(shù)，對負(fù)載及電路參數(shù)變化不敏感，系統(tǒng)魯棒性好，應(yīng)用較廣。缺點：開關(guān)頻率在一個工頻周期內(nèi)不固定，且隨著系統(tǒng)運行條件的變化而變化，不能有效地控制開關(guān)器件的最高開關(guān)頻率；諧波電流頻譜隨機分布，增加了濾波器設(shè)計困難;開關(guān)的損耗較大;對外界的電磁干擾也較大。因此，此法現(xiàn)己基本不采用。

(2)三角載波比較法的控制。它是由WuRusong等在1990年提出，它采用由時鐘定時控制的比較器代替滯環(huán)比較器，它是將指令電流與實際輸出電流進行比較，兩者的電流偏差通過PI調(diào)節(jié)后再與一個固定頻率的三角載波比較，以產(chǎn)生PWM信號，因而實現(xiàn)固定的逆變器開關(guān)頻率。

優(yōu)點：開關(guān)頻率固定，很少產(chǎn)生噪聲，開關(guān)消耗也較少；控制算法簡便，物理意義清晰，實現(xiàn)方便；由于開關(guān)頻率固定，網(wǎng)側(cè)變壓器及濾波電感設(shè)計容易；并網(wǎng)電流的閉環(huán)控制，提高了電流控制性能，增強了系統(tǒng)魯棒性；隨著功率器件開關(guān)頻率的增加，控制性能得到改善。缺點：必須存在電流偏差(相位延遲和幅值誤差)才能產(chǎn)生PWM波，這種相位偏差對高性能驅(qū)動系統(tǒng)是有害的；電流跟隨誤差較大，軟件實現(xiàn)較復(fù)雜；由于加入了PI調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，電流動態(tài)響應(yīng)不如滯環(huán)比較法快。

(3)靜態(tài)PID控制及其改進。 PID控制是通過比例、積分、微分算法來實現(xiàn)對被控對象的控制。由于其算法簡單成熟、魯棒性和可靠性較高、控制效果良好，因此，已廣泛應(yīng)用于PWM整流器控制，在三相靜止abc坐標(biāo)系下需要采用三個PID控制器。

優(yōu)點：控制策略的物理意義清晰，實現(xiàn)相對簡單;算法簡單明了，參數(shù)易于整定，設(shè)計過程不過分依賴系統(tǒng)參數(shù)，控制的適應(yīng)性好，魯棒性較強，可靠性高。缺點:局限于線性定常系統(tǒng)，對于模型參數(shù)大范圍變化且非線性較強系統(tǒng)，PID控制難以滿足高精度、快響應(yīng)的控制要求;由于反饋電流為交流輸出電流的瞬時值，參考電流和輸出電流問存在相位誤差，對于交流正弦系統(tǒng)，PID調(diào)節(jié)不能夠?qū)崿F(xiàn)無靜差控制，因此輸出電流的穩(wěn)態(tài)誤差較大，不能及時跟蹤正弦波給定電流。引入電網(wǎng)電壓前饋控制可克服穩(wěn)態(tài)誤差問題，但也易引起電網(wǎng)的畸變。

(4)同步矢量PID控制。為克服上面控制方法存在靜差的缺點，整流器的內(nèi)環(huán)一般都采用同步旋轉(zhuǎn)Pq坐標(biāo)系下PI控制。先將三相靜止坐標(biāo)系的量轉(zhuǎn)換成為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)量，這樣可把對交流量的控制轉(zhuǎn)變成對直流量的控制，然后采用兩個PID運算，最后反變換轉(zhuǎn)換為各相的控制量。該控制可分為基于電壓定向(VOC)和基于虛擬磁鏈定向(VFOC)兩種控制策略，其中VOC具有直接電流控制的動態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)態(tài)性能好、白身有限流保護能力等優(yōu)點，還可以消除電流穩(wěn)態(tài)誤差，達到單位功率因數(shù)，因此應(yīng)用十分廣泛；VFOC雖然其算法復(fù)雜，但輸入側(cè)省去了電流傳感器，控制回路中省去了兩個電流調(diào)節(jié)器，簡化了電路結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了系統(tǒng)性能，具有良好的動態(tài)性能和高的功率因數(shù)。

優(yōu)點：在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，交流電流分量變?yōu)橹绷鞣至?，對直流量可以實現(xiàn)無靜差控制，系統(tǒng)具有更好的穩(wěn)態(tài)性能;在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，更有利于有功電流和無功電流的獨立控制。缺點:模型上相互禍合，對控制的靜、動態(tài)性能不利，為完全克服有功電流分量和無功電流分量之問交義禍合電勢的作用，實現(xiàn)完全解禍控制，可采用內(nèi)模解禍控制方式;PI控制器的參數(shù)設(shè)計與選擇要經(jīng)過一系列的測試才能獲得性能較優(yōu)的參數(shù)。

(5)比例諧振控制。PWM整流器內(nèi)環(huán)電流的矢量控制需要經(jīng)過多次坐標(biāo)變換，且需要前饋解禍控制，因而系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實現(xiàn)困難。比例諧振控制((PRC)在1998年提出，它可省去復(fù)雜的交直流變換，而是直接控制交流量，來達到消除穩(wěn)態(tài)誤差，使輸入電流跟蹤參考電流。PRC由比例調(diào)節(jié)器和諧振調(diào)節(jié)器組成，它在基頻處增益無窮大，而在非基頻處增益很小，因此，它可對頻率為基頻的正弦信號實現(xiàn)無靜差跟蹤控制。通過把基頻設(shè)置為電網(wǎng)電壓的基頻，即可對網(wǎng)側(cè)變換器電流進行PRC控制。

優(yōu)點：省去了兩次坐標(biāo)變換環(huán)節(jié)，且不需要設(shè)置前饋解禍，從而加快了動態(tài)響應(yīng)過程，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了靜止坐標(biāo)系電流的無靜差控制。缺點：控制器的設(shè)計不直接，需要經(jīng)過一系列的測試。

(6)線性狀態(tài)反饋控制。它是以整流器的小信號線性化狀態(tài)空問模型為基礎(chǔ)，采用狀態(tài)反饋來任意地配置閉環(huán)系統(tǒng)極點或設(shè)計最優(yōu)二次型調(diào)節(jié)器，從而使整流器控制系統(tǒng)有良好的瞬態(tài)響應(yīng)和較低的諧波畸變率。一般將狀態(tài)反饋作為電流內(nèi)環(huán)、再加上電壓外環(huán)控制形成雙環(huán)控制方案，利用狀態(tài)反饋改善空載阻尼比小、動態(tài)特性差的不足，與外環(huán)共同實施對逆變器的波形校正。另外，也可不分開電壓、電流控制，而是對整個系統(tǒng)進行閉環(huán)極點配置或設(shè)計最優(yōu)二次型調(diào)節(jié)器。它需要事先離線算出各個靜態(tài)工作點的狀態(tài)空問模型及與之對應(yīng)的反饋矩陣，然后存入存儲器。工作時，還要檢測負(fù)載電流或等效負(fù)載電阻以確定當(dāng)前的工作點，然后查表讀取相應(yīng)的反饋矩陣。

優(yōu)點:可任意配置閉環(huán)系統(tǒng)的極點位置，抑制了擾動影響和暫態(tài)振蕩，提高了動態(tài)響應(yīng)速度，改善了系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)，對線性負(fù)載的響應(yīng)很好。缺點:對系統(tǒng)模型依賴性強，而建立狀態(tài)模型時很難將負(fù)載特性完全考慮在內(nèi)，通常只能針對空載或特定負(fù)載進行建模，當(dāng)模型參數(shù)和負(fù)載變化時控制效果變差，因此魯棒性差;對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)指標(biāo)的影響不大，不能抑制各種干擾引起的波形畸變;參數(shù)整定復(fù)雜，需要多次試湊極點以得到要求的動態(tài)性能;對交流電流進行無差跟蹤，要求控制器具有無限帶寬;要求對靜止工作點的劃分很細，占用存儲空問較大，離線計算量也比較大，實現(xiàn)復(fù)雜。

（7）幾種預(yù)測控制。PWM整流器兒乎都采用數(shù)字控制，由采樣和計算產(chǎn)生的延遲會影響系統(tǒng)穩(wěn)定，控制效果會下降。因此，采用預(yù)測電流、無差拍、單周、重復(fù)、模型預(yù)測等兒種預(yù)測控制技術(shù)對延遲進行補償，但這些方法未充分考慮到PWM整流器的非線性特性，本質(zhì)上仍為線性控制。

1）預(yù)測電流控制。它是在固定的采樣周期內(nèi)，根據(jù)負(fù)載情況和給定的電流矢量變化率的電路模型，以本次采樣實際電流與下一采樣時刻的預(yù)測電流進行比較，推導(dǎo)出最優(yōu)控制電壓以及電壓空問矢量，作用于下一個周期并由此決定三相橋臂各功率器件的通斷，使實際電流在一個周期內(nèi)跟蹤參考電流，實現(xiàn)整流器快速的動態(tài)響應(yīng)性能。

優(yōu)點:數(shù)學(xué)推導(dǎo)嚴(yán)密，控制簡單，數(shù)字實現(xiàn)容易;跟蹤無過沖、電流諧波小，器件開關(guān)應(yīng)力小，動態(tài)性能好，特別是在高采樣頻率和開關(guān)頻率時，電流跟蹤能力強，電流波形畸變小。缺點:在低的采樣頻率下，會產(chǎn)生周期性的電流誤差，且電流誤差比滯環(huán)電流控制要大;對參數(shù)的變化敏感，魯棒性差;計算量較大，響應(yīng)速度較慢。

2)無差拍控制。它是一種基于電路方程的控制方式，它利用狀態(tài)反饋實現(xiàn)零點和極點的對消，并配置另一個極點于原點。20世紀(jì)80年代被應(yīng)用到逆變器上，它是根據(jù)逆變器的狀態(tài)方程和輸出反饋信號來推算出下一個開關(guān)周期的PWM脈沖寬度，從第2個采樣周期起，輸出波形就可以很好地跟蹤參考指令，使得由負(fù)載擾動引起的輸出電壓偏差可在一個采樣周期內(nèi)得到修正。

優(yōu)點：動態(tài)響應(yīng)速度快，輸出能夠很好地跟蹤給定，波形畸變率很小，即使在很低的開關(guān)頻率下，也能得到較好的輸出波形品質(zhì);通過調(diào)節(jié)逆變橋的輸出相位來補償LC濾波器的相位延時，使輸出電壓的相位與負(fù)載關(guān)系不大;負(fù)載適應(yīng)能力強，對負(fù)載切換造成的過渡過程短，對非線性負(fù)載輸出諧波失真小。缺點：要求脈寬必須當(dāng)拍計算當(dāng)拍輸出，運算的實時性要求很高，否則會影響系統(tǒng)特性;由于采樣和計算時問的延遲，輸出脈沖的占空比受到很大限制;對系統(tǒng)參數(shù)變化反應(yīng)靈敏，系統(tǒng)魯棒性差，通過加入負(fù)載電流觀察器可解決這個問題，但算法復(fù)雜，且當(dāng)采樣頻率不高時誤差較大。

3)單周控制。它通過控制開關(guān)占空比，在每個周期內(nèi)強迫開關(guān)變量的平均值與控制參考量相等或成一定比例，從而在一個周期內(nèi)白動消除穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)誤差，使前一周期的誤差不會帶到下一周期。該技術(shù)同時具有調(diào)制和控制的雙重性，通過復(fù)位開關(guān)、積分器、比較器、觸發(fā)電路達到跟蹤指令信號的目的。

優(yōu)點：能在一個周期內(nèi)抵制電源側(cè)的擾動，消除靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差，動態(tài)響應(yīng)快，能減小畸變和抑制電源干擾，對輸入擾動抑制能力強；無需檢測輸入電壓、鎖相環(huán)和其他同步電路，只需檢測輸入電流和輸出電壓，用模擬器件就可實現(xiàn);電路簡單、成本低、可靠性高、實現(xiàn)容易、穩(wěn)定性好；開關(guān)頻率恒定，魯棒性強。缺點：需要快速復(fù)位的積分電路，硬件電路較復(fù)雜;對開關(guān)誤差校正能力有限，存在穩(wěn)態(tài)誤差，精度欠佳；對負(fù)載擾動抑制能力差，負(fù)載動態(tài)響應(yīng)慢，若將輸入電壓誤差引入積分器，負(fù)載擾動抑制會有所改善，但負(fù)載擾動信號是基于輸出電壓誤差，不能實現(xiàn)最優(yōu)動態(tài)響應(yīng)。

4)重復(fù)控制。它是一種基于內(nèi)模原理的控制方法，它利用內(nèi)模原理，在穩(wěn)定的閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置一個可以產(chǎn)生與參考輸入同周期的內(nèi)部模型，從而使系統(tǒng)實現(xiàn)對外部周期性的正弦參考信號的漸近跟蹤，并消除重復(fù)出現(xiàn)的畸變。為了增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在理想重復(fù)控制器中加入一些濾波器。

優(yōu)點：可克服死區(qū)、非線性負(fù)載等周期性干擾引起的輸出波形周期性畸變；可以消除周期性干擾產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差，獲得低THD的穩(wěn)態(tài)輸出波形；控制魯棒性強，且數(shù)字實現(xiàn)容易。缺點：由于延遲因了的存在，在干擾出現(xiàn)的一個基波周期內(nèi)，系統(tǒng)對干擾不產(chǎn)生任何調(diào)節(jié)作用，控制的實時性差，動態(tài)響應(yīng)速度慢，可采用與PI等復(fù)合控制來解決此問題。

5)模型預(yù)測控制。預(yù)測控制具有多步測試、滾動優(yōu)化和反饋校正三個基本特征，它不是采用不變的全局優(yōu)化目標(biāo)，而是采用滾動式的有限時域優(yōu)化策略，使得在控制的全程中實現(xiàn)動態(tài)優(yōu)化，而在控制的每步實現(xiàn)靜態(tài)參數(shù)優(yōu)化，及時彌補了模型失配、時變、干擾等引起的不確定性，使控制保持實際上的最優(yōu)。它主要包括模型算法控制(MAC)、動態(tài)矩陣控制(DMC)、廣義預(yù)測控制(GPC)、預(yù)測函數(shù)控制((PFC)等多種算法，其中MAC采用基于脈沖響應(yīng)的非參數(shù)模型作為內(nèi)部模型，它已用于PWM整流器控制中，根據(jù)網(wǎng)側(cè)電流和整流器輸入側(cè)電流問傳遞函數(shù)得出整流器的一階差分方程作為預(yù)測模型，實現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)電流的模型預(yù)測控制。此法常與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊、白適應(yīng)、魯棒等其他控制方法相結(jié)合。

優(yōu)點：預(yù)測和優(yōu)化模式是對最優(yōu)控制的修正，建模方便；采用非最小化描述的離散卷積和模型，信息冗余量大，提高了魯棒性;采用滾動優(yōu)化策略，使模型失配、畸變、干擾等引起的不確定性及時得到彌補，提高了抗擾性和適應(yīng)性；對模型精度要求不高，跟蹤性能良好，更適于復(fù)雜工業(yè)過程控制。缺點：控制設(shè)計較復(fù)雜，當(dāng)控制量有約束時變成了非線性約束優(yōu)化問題，系統(tǒng)設(shè)計和控制算法更為復(fù)雜;在線計算時間長，計算量大;理論分析難以深入，對多變量預(yù)測控制算法的穩(wěn)定性、魯棒性的研究巫待解決;對于線性系統(tǒng)可以解析求解，在線計算相當(dāng)簡便，而對于非線性系統(tǒng)則往往需要在線的數(shù)值迭代求解，計算量很大，無法滿足實時控制的要求。

三相電壓源型 PWM 整流器控制現(xiàn)代的非線性控制方法

由于PWM整流器屬于非線性控制系統(tǒng)，基于小信號模型用線性控制方法難以獲得非常滿意的控制效果。為提高整流器的性能，現(xiàn)代的非線性控制理論已應(yīng)用到整流器控制中，但是還很不成熟。

(1)自適應(yīng)控制。它主要用來解決整流器在運行過程中參數(shù)攝動和各種擾動引起的不確定性問題，是在1954年由Tsien H S.提出的，它所依據(jù)的關(guān)于模型和擾動的先驗知識較少，通過不斷檢測系統(tǒng)參數(shù)或運行指標(biāo)，在線辨識系統(tǒng)模型，自動調(diào)整控制參數(shù)或控制策略，補償過程特性或環(huán)境的變化，實現(xiàn)高精度控制。它又分為線性與非線性兩類，已比較成熟的線性白適應(yīng)控制主要有模型參考自適應(yīng)控制(MRAC)和自校正控制(STAC)兩種，現(xiàn)主要研究模糊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、魯棒等非線性白適應(yīng)控制。

優(yōu)點：通過在線修正自己的特性以適應(yīng)對象的變化，能夠有效地解決模型不精確和模型變化所帶來的魯棒性問題。缺點：數(shù)學(xué)模型的建立和運算比較復(fù)雜，控制系統(tǒng)不易實現(xiàn)；進行辨識和校正需要一定時問，主要適于漸變和實時性不高的過程；處理非線性系統(tǒng)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化的能力較差，在多輸出系統(tǒng)中的應(yīng)用尚不成熟等。為克服不足，此法一般常與其他方法結(jié)合形成了多種新方法 。

(2)魯棒控制。它是解決PWM變換器不確定性系統(tǒng)控制的有效方法，是把系統(tǒng)的不確定性視為某種擾動集合，然后對擾動集合給予適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)描述并作為約束條件，并和原有系統(tǒng)約束條件一起形成優(yōu)化問題進行求解，得到優(yōu)化的控制規(guī)律，這樣在預(yù)定的參數(shù)和結(jié)構(gòu)擾動下仍然能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可控性。它包括H

優(yōu)點：對于外界干擾、參數(shù)偏差、模型不確定性以及系統(tǒng)噪聲有良好的穩(wěn)定性；u綜合理論可減少時域仿真法的計算復(fù)雜度，降低一般H

(3)變結(jié)構(gòu)控制。由于整流器的開關(guān)切換動作與變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的運動點沿切換面高頻切換動作上有對應(yīng)關(guān)系，變結(jié)構(gòu)控制被引入到整流器控制上，以解決整流器的時變參數(shù)問題。變結(jié)構(gòu)控制是根據(jù)被調(diào)量的偏差及其導(dǎo)數(shù)，控制規(guī)律迫使處于任何初始條件下的系統(tǒng)狀態(tài)按一定的趨近率到達并保留在預(yù)先設(shè)計好的超平面上(超平面是在狀態(tài)空問中定義的非連續(xù)函數(shù)，在超平面上系統(tǒng)的動態(tài)成為滑動模態(tài)。為達到更好的控制效果，它與自適應(yīng)、預(yù)測、無源性、反饋線性化、模糊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等控制相結(jié)合。

優(yōu)點：幾乎不依賴于模型，對參數(shù)變化和外部擾動不敏感，魯棒性好，抗干擾能力強;不需要在線辨識，控制規(guī)律實現(xiàn)容易；對系統(tǒng)模型精度要求不高，控制規(guī)律簡單，實現(xiàn)容易，可協(xié)調(diào)動、靜態(tài)問矛盾；可有效降低系統(tǒng)的階數(shù)、簡化控制；理論上可應(yīng)用到各類非線性系統(tǒng)。缺點：開關(guān)頻率不固定，輸出紋波較大，對濾波器設(shè)計要求較高；頻繁高速的開關(guān)切換會帶來高頻抖動，甚至導(dǎo)致不穩(wěn)，需用飽和切換函數(shù)替換理想的切換函數(shù)來解決;需要知道系統(tǒng)不確定性參數(shù)和擾動的上、下界的準(zhǔn)確度，滑動模態(tài)的到達條件比較嚴(yán)格，影響系統(tǒng)魯棒性;理想滑模切換面難以選取，選擇各了控制器的參數(shù)比較困難，采樣頻率要求足夠高 。

(4)反饋線性化控制。它是基于微分兒何的線性化解禍控制方法。它是以微分兒何為數(shù)學(xué)工具，通過適當(dāng)?shù)姆蔷€性狀態(tài)和反饋變換，可實現(xiàn)狀態(tài)或輸入/輸出的精確線性化，從而將復(fù)雜非線性系統(tǒng)綜合問題轉(zhuǎn)化為線性系統(tǒng)的綜合問題，然后應(yīng)用各種成熟的線性控制方法設(shè)計控制器。由于PWM整流器內(nèi)環(huán)電流系統(tǒng)具備仿射非線性系統(tǒng)的形式，符合反饋線性化條件，存在解禍矩陣，可實現(xiàn)反饋線性化控制。

優(yōu)點：實現(xiàn)了電流、電壓有功和無功分量的完全解禍，加速了直流電壓響應(yīng)，直流電壓跟蹤負(fù)載變化快，電流波動?。豢蓽p少直流電容器的容量，可減少設(shè)備的成本及體積；這種線性化是完全精確的，且對有定義的整個區(qū)域都適用；解決控制系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)攝動和外部參數(shù)擾動的影響，系統(tǒng)魯棒性強。缺點：無法直接限制有功電流，且非線性控制器設(shè)計相當(dāng)復(fù)雜；解禍矩陣、反饋控制律復(fù)雜，導(dǎo)致運算復(fù)雜，需要高速DSP;解禍矩陣可能存在奇異性，這可通過給導(dǎo)致奇異點的量預(yù)置數(shù)來解決；當(dāng)系統(tǒng)不確定擾動的相對階低于未加擾動系統(tǒng)的相對階時，系統(tǒng)的零動態(tài)由于擾動可能變得不穩(wěn)定，可在基于輸入輸出線性化的基礎(chǔ)上加上變結(jié)構(gòu)控制，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

(5)逆系統(tǒng)控制。它是先用給定對象的模型生成一種可用反饋方法實現(xiàn)的原系統(tǒng)的二階積分逆模型，將之串聯(lián)在被控對象的前面，原對象被補償為具有線性傳遞關(guān)系且已解禍的偽線性規(guī)范化系統(tǒng)，再用線性系統(tǒng)理論來完成偽線性系統(tǒng)的控制。此法已用于三相PWM整流器控制，利用整流器數(shù)學(xué)模型，以直流輸出電壓、有功和無功電流作為狀態(tài)反饋變量，推導(dǎo)出整流器的逆系統(tǒng)，構(gòu)造出偽線性閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了無功電流分量和直流電壓的解禍控制。

優(yōu)點：避免了微分兒何的復(fù)雜繁瑣理論束縛;不局限于仿射非線性系統(tǒng)，使用范圍廣;數(shù)學(xué)推導(dǎo)簡單，物理概念清晰，容易理解和應(yīng)用，適合于工程應(yīng)用。缺點：要求系統(tǒng)的模型精確已知，需要求出逆系統(tǒng)的解析表達式，且須滿足系統(tǒng)可逆性條件，因而應(yīng)用受到很大限制。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不依賴于模型，常將其與其他結(jié)合使用;控制精度依賴于逆模型的精度，白適應(yīng)性和魯棒性差。為解決白適應(yīng)性差問題，它常與白適應(yīng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機等相結(jié)合，對參數(shù)和模型在線辨識或校正，可取得更好的控制效果 。

(6)基于存儲函數(shù)的控制方法

1)基于Lyapunov穩(wěn)定性理論的控制

它是在1892年提出的穩(wěn)定性判據(jù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它先對系統(tǒng)構(gòu)造一個“類似能量”的純量函數(shù)，然后在保證該函數(shù)對時問的變化為負(fù)的前提下來設(shè)計控制器。為解決大范圍、大干擾的控制問題，此法在1998年被引入到三相PWM整流器控制中，它以電感、電容儲能的定量關(guān)系建立了Lapunov函數(shù)，并通過整流器的數(shù)學(xué)模型和相應(yīng)的空阿矢量PWM約束條件，推導(dǎo)出控制算法。

優(yōu)點：理論嚴(yán)格、物理意義清晰；方法簡單、實現(xiàn)容易、響應(yīng)速度快;解決整流器的大范圍穩(wěn)定控制問題，對大信號擾動具有很強的魯棒性;在負(fù)載電流躍變時，直流電壓的響應(yīng)快且動態(tài)壓降小，交流電流的響應(yīng)也很快且能很快與電源電壓同步。缺點：必須構(gòu)造一個合適的師apunov能量函數(shù)，能量函數(shù)不具有唯一性，找出最佳能量函數(shù)很困難;能量函數(shù)向系統(tǒng)期望點收斂速度不可控，導(dǎo)致動態(tài)性能不理想。

2)基于EL模型的無源控制

無源控制((PBC)是一種非線性反饋的能量控制方法。無源性系統(tǒng)的能量由初始時刻到時刻的增長量不大于外部注入的能量總和，也即無源系統(tǒng)的運動問題伴隨著能量的損失。PBC利用輸出反饋使得閉環(huán)系統(tǒng)特性表現(xiàn)為一無源映射，它采用歐拉一拉格朗日數(shù)學(xué)模型，通過能量整形和阻尼注入，注入合適的阻尼項，配置系統(tǒng)能量耗散特性方程中的無功分量“無功力”，迫使系統(tǒng)總能量跟蹤預(yù)期的能量函數(shù)，使閉環(huán)控制系統(tǒng)是無源的，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使得被控對象的輸出漸近收斂到期望值。

優(yōu)點：由于系統(tǒng)本身已提供Lyapunov函數(shù)，設(shè)計過程中省去了尋找該函數(shù)，簡化了控制器的設(shè)計;輸出電流波形正弦化，畸變率低，對系統(tǒng)參數(shù)變化及外來攝動有較強魯棒性;系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，物理意義明確、成本低、易于實現(xiàn);系統(tǒng)反饋不需要觀測器，直接利用輸出反饋;具有全局穩(wěn)定性，無奇異點;可應(yīng)用于EL方程描述的控制系統(tǒng)，且EL模型中有反對稱矩陣，簡化了無源控制律，增強了控制的實時性。缺點：在構(gòu)造存儲函數(shù)時，系統(tǒng)的Lagrange結(jié)構(gòu)常會被打破，系統(tǒng)的穩(wěn)定性得不到保證；Lyapunov函數(shù)的構(gòu)造無規(guī)律可循;當(dāng)負(fù)載變化、電源不平衡時直流電壓穩(wěn)態(tài)誤差較大，系統(tǒng)響應(yīng)不快。

3)基于PCHD模型的無源控制

它解決了PBC方法的Lagrange結(jié)構(gòu)常被破壞而導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性得不到保證的問題。它采用端口受控哈密頓函數(shù)模型(PCH)表示系統(tǒng)，將能量耗散的概念引入PCH系統(tǒng)中，這樣原來的系統(tǒng)變?yōu)槎丝谑芸氐暮纳⒐茴D系統(tǒng)(PCHD)，再利用哈密頓系統(tǒng)的反饋鎮(zhèn)定原理來尋找反饋控制，利用互聯(lián)和阻尼配置的無源性控制(IDA-PBC)能量成形方法來進行控制器的設(shè)計。

優(yōu)點：系統(tǒng)對負(fù)載的變化和外界擾動具有很強的魯棒性和抑制能力，很好地解決了系統(tǒng)的反饋鎮(zhèn)定問題；根據(jù)能量平衡關(guān)系，選擇期望的閉環(huán)哈密頓函數(shù)，偏微分方程可轉(zhuǎn)成普通的微分方程，求解容易、計算量小、便于實現(xiàn);由于PCHD模型中有反對稱矩陣，簡化了無源控制律，增強了系統(tǒng)控制的實時性；如將積分控制引入PCHD控制系統(tǒng)，還可消除噪聲、建模誤差等引起的輸出穩(wěn)態(tài)誤差。缺點：求取的期望哈密頓函數(shù)、互聯(lián)和阻尼矩陣以及控制器，都缺乏必要的物理意義，計算復(fù)雜并且難以實現(xiàn);直接求解偏微分方程難度大，計算量大，實現(xiàn)困難。

(7)反步法控制。它是以Lyapunov能量函數(shù)的收斂性為目標(biāo)，將原來的復(fù)雜的非線性系統(tǒng)分解為若干個了系統(tǒng)，引入虛擬控制量進行靜態(tài)補償，采用由前往后遞推的設(shè)計方法，通過設(shè)計后面了系統(tǒng)的虛擬控制來保證前面了系統(tǒng)達到鎮(zhèn)定。當(dāng)系統(tǒng)存在不確定性時，加入白適應(yīng)功能，采用白適應(yīng)反步控制方法。此法已應(yīng)用于PWM整流器的控制中，首先系統(tǒng)模型被分解為dq坐標(biāo)系下的兩個單變量模型，再對各單變量系統(tǒng)采用反步法設(shè)計控制器，從而實現(xiàn)對兩變量的穩(wěn)定控制。

優(yōu)點：能夠維持系統(tǒng)的全局一致漸近穩(wěn)定，保證系統(tǒng)跟蹤誤差漸近收斂;設(shè)計過程簡明；對參數(shù)不確定性及外界干擾有魯棒性;基本解決了Lyapunov函數(shù)的構(gòu)造性問題，給出了反向設(shè)計尋求Lyapunov函數(shù)的方法;不要求非線性系統(tǒng)滿足匹配條件，增廣匹配條件或者非線性增長性約束條件。缺點：參數(shù)變化需滿足線性參數(shù)化條件；依賴于對象的數(shù)學(xué)模型;需要計算回歸函數(shù)，計算量成指數(shù)險增長，實現(xiàn)難度較大；白適應(yīng)反步法要求系統(tǒng)的不確定性必須轉(zhuǎn)化為線性參數(shù)未知的不確定性，且在確定和計算回歸矩陣時比較煩瑣；僅適于可狀態(tài)線性化或具有嚴(yán)格參數(shù)反饋的不確定非線性系統(tǒng)。

(8)自抗擾控制。自抗擾控制(ADRC)是在1997年提出，它用配置非線性結(jié)構(gòu)替代極點配置進行控制系統(tǒng)的設(shè)計，依靠期望軌跡與實際軌跡的誤差來實施非線性反饋控制，可改善PID控制器在強干擾及非線性系統(tǒng)中的控制效果。它由跟蹤微分器、擴張狀態(tài)觀測器和非線性狀態(tài)誤差反饋控制律三部分組成，它們作用分別為安排過渡過程和提取微分信號、估計擾動和形成控制量。它把系統(tǒng)的模型攝動作用當(dāng)作內(nèi)擾，將其和系統(tǒng)的外擾一起作為系統(tǒng)總的擾動加以補償，從而將具有非線性、不確定對象的控制系統(tǒng)補償為確定的、簡化的積分串聯(lián)型線性系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上再設(shè)計控制器。它常與模型配置、無源、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等控制相結(jié)合，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，獲得更好的性能。

優(yōu)點：實現(xiàn)了系統(tǒng)的非線性項和參數(shù)攝動、電源擾動等干擾的觀測與補償，具有良好的魯棒性和適應(yīng)性；安排過渡過程解決快速和超調(diào)問的矛盾，不用積分反饋也能實現(xiàn)無靜差，避免積分反饋的副作用；統(tǒng)一處理確定系統(tǒng)和不確定系統(tǒng)的控制問題；不含有高深的數(shù)學(xué)知識，不需復(fù)雜推導(dǎo)，控制規(guī)律簡單，實時性好，工程應(yīng)用方便。缺點：當(dāng)對象模型階數(shù)大于3時，難以選取滿意的非線性函數(shù)及相應(yīng)的參數(shù);運算較復(fù)雜，計算量大，實時性變差;涉及較多的參數(shù)選取問題，它們的取值會影響控制性能。

三相電壓源型 PWM 整流器控制智能控制方法

上述線性或非線性控制策略都是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，而建立考慮各種因素的PWM整流器的精確數(shù)學(xué)模型是不可能的。智能控制策略不需要建立嚴(yán)格的PWM整流器的數(shù)學(xué)模型，它僅需建立非機理模型，能實時地保證整流器電流波形為理想波形，達到單位功率因數(shù)要求。智能控制包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制及其模糊神經(jīng)控制等多種方法。

(1)模糊控制。它是基于模糊推理，模仿人的思維模式，對難以建立精確數(shù)學(xué)模型的對象實施的一種控制，它包括精確量的模糊化、模糊推理、清晰化三部分。為消除早期模糊控制存在的靜差，出現(xiàn)了帶積分模糊控制器等。由于它的精度及白適性較差，常把它與PID、自適應(yīng)、變結(jié)構(gòu)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等其他控制相結(jié)合，以取得更優(yōu)性能。此法已應(yīng)用到PWM整流器控制中，能夠加快系統(tǒng)響應(yīng)速度，增加在系統(tǒng)參數(shù)攝動下的穩(wěn)定性。

優(yōu)點：不依賴被控對象的精確模型，具有較強的魯棒性和白適應(yīng)性，能夠克服模型參數(shù)變化和非線性等不確定因素；算法簡單，響應(yīng)速度快，實現(xiàn)容易;能在準(zhǔn)確性和簡潔性之問取得平衡，可有效地對復(fù)雜系統(tǒng)做出判斷和處理。缺點：缺乏分析和設(shè)計控制系統(tǒng)的系統(tǒng)方法，只能用經(jīng)驗和反復(fù)的試探來設(shè)計控制器，非常耗時低效；不能保證規(guī)則庫的完整性，且白適應(yīng)能力有限；常規(guī)模糊控制只相當(dāng)于PD控制器，控制精度不高，穩(wěn)態(tài)精度低，甚至可能振蕩 。

(2)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制專注于模仿人的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對信息的處理能力，它將函數(shù)的映射關(guān)系隱含、分布在網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)和節(jié)點的函數(shù)中，利用輸入輸出數(shù)據(jù)作為學(xué)習(xí)樣本，調(diào)節(jié)各層的連接權(quán)值，使輸入、輸出的對應(yīng)關(guān)系可以任意逼近一給定的非線性動態(tài)系統(tǒng)。此法常與自適應(yīng)、PID、模糊等結(jié)合使用，以取得更好性能。PWM控制系統(tǒng)中電流控制本身是一種很強的非線性控制，它可離線訓(xùn)練了一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器代替滯環(huán)控制器，此法適應(yīng)電流波形變化的能力強，且保持了滯環(huán)控制魯棒性好、電流響應(yīng)快的優(yōu)點，同時可以限制器件的最高開關(guān)頻率。

優(yōu)點：具有并行處理、白組織學(xué)習(xí)、非線性映射、魯棒性及容錯性等能力；只需通過一定的I/O樣本來訓(xùn)練，可逼近任意對象的動態(tài)特性;不需復(fù)雜控制結(jié)構(gòu)，也不需要對象模型，可用于復(fù)雜的控制對象。缺點：物理意義不明確;網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、隱層數(shù)及各層神經(jīng)元數(shù)的選取缺乏理論支持；計算復(fù)雜，計算量大;對訓(xùn)練集的要求高、訓(xùn)練時問長；穩(wěn)定性分析較困難，收斂性不能保證，可能陷入局部最優(yōu)，甚至發(fā)散;優(yōu)化目標(biāo)是基于經(jīng)驗風(fēng)險最小化，泛化性能不強;硬件實現(xiàn)技術(shù)沒有突破，不能實現(xiàn) 在線控制，還是采用離線學(xué)習(xí)，實時性較差，不能真正實際應(yīng)用。

(3)模糊神經(jīng)控制。智能控制方法各有其優(yōu)勢及局限，將它們集成融合在一起已成為設(shè)計更高智能的控制系統(tǒng)方案，其中模糊神經(jīng)控制是模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的結(jié)合體，它是最常用的結(jié)合形式之一。模糊控制適合于表達和處理模糊的定性知識，但穩(wěn)態(tài)精度低、自適應(yīng)能力差；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有并行計算、分布式儲存、容錯及自學(xué)習(xí)能力強等特點，但不適于表達基于邏輯規(guī)則的知識，學(xué)習(xí)時問長、參數(shù)物理意義不明顯。為了進一步提高PWM整流器的性能，可將模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)合起來，利用模糊邏輯的智能推理機制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)能力，將能組成更好的控制方案。

優(yōu)點：兩者結(jié)合優(yōu)勢互補，兼有兩者之長；采用模糊計算，計算簡便，加快了處理速度;增強了信息處理手段，使信息處理方法更加靈活;網(wǎng)絡(luò)中采用模糊化規(guī)則，增強了系統(tǒng)的容錯性；可同時處理確知和非確知信息，擴大了信息處理能力。缺點：模糊規(guī)則的選取無通用辦法;模糊化層和模糊推理層節(jié)點個數(shù)的選取、模糊合成和推理算法的選取以及反模糊化的計算方法等無理論指導(dǎo);存在模型復(fù)雜性與模型泛化能力間的矛盾 。

前述的電壓原型整流器的傳統(tǒng)的線性/非線性、現(xiàn)代的非線性和智能三類控制方式中，由于傳統(tǒng)控制方法的技術(shù)成熟且實現(xiàn)容易，在實際應(yīng)用中占絕對的主流地位。當(dāng)然，傳統(tǒng)的控制方法還存在一些不足，需要改進與完善。

由于功率器件本質(zhì)上是非線性器件，因而很多學(xué)者嘗試采用現(xiàn)代的非線性控制方法，但采用這些非線性控制理論還不成熟，難以實際應(yīng)用。例如，反饋線性化控制方法的計算過于繁瑣，需要高速DSP；再如，直接功率控制對功率的估算需要檢測整流器的開關(guān)狀態(tài)，它對控制電路的處理器和A/D轉(zhuǎn)換器要求較高。

由于智能控制不需要建立PWM整流器的數(shù)學(xué)模型，因而也被引入到整流器控制中，但智能控制還很不成熟，基本還停留在仿真階段。

雖然現(xiàn)代的非線性和智能兩類控制都還不成熟，但隨著它們控制技術(shù)的進一步發(fā)展和逐步成熟，無疑它們具有良好的應(yīng)用前景。

整流器經(jīng)歷了不可控整流、相控整流和PWM整流三個階段的發(fā)展，其中前兩種整流存在交流側(cè)輸入電流畸變嚴(yán)重、網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)較低等問題，而PWM整流器克服了這些缺點，它是一種高效、可靠、綠色的電能變換器，具有雙向的功率流動、低畸變率且正弦化的輸入電流、單位或可調(diào)的功率因數(shù)、可調(diào)的直流電壓等特點。因此PWM整流器得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)直流側(cè)電源類型，PWM整流器可分為電壓源型整流器(VSR)、電流源型整流器(CSR)和Z源整流器(ZSR)。由于VSR的結(jié)構(gòu)簡單、儲能效率高、損耗較低、動態(tài)響應(yīng)快、控制方便。因此VSR一直是PWM整流器研究和應(yīng)用的重點。根據(jù)并網(wǎng)交流信號不同，VSR又可分為電壓控制和電流控制。由于電流控制的方法簡單、直接，且具有限流和短路保護作用，因此使用比較廣泛。VSR的電流控制方案一般采用以直流電壓為外環(huán)、交流電流為內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)。根據(jù)電流內(nèi)環(huán)是否引入交流電流反饋，可分為直接、間接兩種電流控制，由于直接電流控制響應(yīng)速度快，魯棒性好，占主導(dǎo)地位。

將全面完整地綜述三相VSR直接電流控制(簡稱VSR)的各種控制策略降，并展望三相PWM整流器控制技術(shù)的發(fā)展前景 。

三相電壓源型整流器通常都采取直流電壓、交流電流(或功率)雙級環(huán)路結(jié)構(gòu)控制方式，電壓外環(huán)控制直流側(cè)電壓，維持直流母線電壓的恒定，它的輸出作為交流電流(或功率)內(nèi)環(huán)的交流電流(或功率)指令，利用交流電流(或功率)內(nèi)環(huán)快速、及時地調(diào)整交流側(cè)的電流，抑制負(fù)載擾動影響，使實際交流電流能夠快速跟蹤交流電流指令，實現(xiàn)單位功率因數(shù)控制。在雙環(huán)控制中，電壓外環(huán)與電流(或功率)內(nèi)環(huán)在速度上必須進行配合，外環(huán)要比內(nèi)環(huán)慢得多 。

(1)內(nèi)環(huán)采用電流控制陣。它是廣泛實際采用方法，內(nèi)環(huán)電流可在三相靜止abc坐標(biāo)系或兩相同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系中直接控制。早期的控制電路主要用模擬電路，要實現(xiàn)坐標(biāo)變換非常復(fù)雜，控制器一般在靜止標(biāo)系實現(xiàn)，為彌補靜止坐標(biāo)系控制器的不足，在靜止坐標(biāo)系的電流控制器引入電網(wǎng)反電勢信號作為前饋補償可以使電流的控制效果和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系很近;隨著處理器技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化系統(tǒng)已基本取代模擬電路，數(shù)字系統(tǒng)的坐標(biāo)變換很方便，現(xiàn)基本采用同步坐標(biāo)系下的控制器，此時可實現(xiàn)dq軸電流的解禍無靜差控制，電流響應(yīng)也更快，但常需鎖相環(huán)節(jié)提供用于觸發(fā)脈沖生成所需的基準(zhǔn)相位，實現(xiàn)dq軸的定位，比較復(fù)雜 。

優(yōu)點:控制結(jié)構(gòu)簡單，動態(tài)響應(yīng)速度快，電流控制精度高;限流容易，只要使指令電流限幅，就可實現(xiàn)過流保護;對負(fù)載參數(shù)不敏感及具有較強魯棒性;具有固定的開關(guān)頻率，易于系統(tǒng)的設(shè)計。缺點:電流內(nèi)環(huán)為抑制非線性負(fù)載擾動，必須具備足夠高的帶寬，這加大了數(shù)字控制器實現(xiàn)難度;同步坐標(biāo)系下電流內(nèi)環(huán)控制一般需要鎖相環(huán)節(jié)實現(xiàn)d, q軸的定位，比較復(fù)雜;需要寬頻帶、快速的電流傳感器，控制成本高。根據(jù)PWM數(shù)學(xué)模型，采用基于檢測開關(guān)函數(shù)和輸入電流的電流觀測器，可實現(xiàn)無電流傳感器控制，降低成本。

(2)內(nèi)環(huán)采用功率控制。直接功率控制(DPC)方式在1991年被提出，它通過控制輸出的有功功率、無功功率的方法來問接地控制輸出電流(當(dāng)交流電壓一定的情況下)。它的控制結(jié)構(gòu)為直流電壓外環(huán)、功率控制內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)，根據(jù)交流電源電壓及瞬時功率在預(yù)存的開關(guān)表中選擇整流器輸入電壓所需的控制開關(guān)量，從而實現(xiàn)高性能整流。DPC可分為電壓定向、虛擬磁鏈定向兩種類型，其中電壓定向又可分為有交流電壓傳感器和無交流電壓傳感器兩種方案。

優(yōu)點：估算的瞬時功率不僅有基波，還有諧波分量，提高了總功率因數(shù)和效率;系統(tǒng)無電流環(huán)和復(fù)雜的算法，有功、無功功率得到了獨立精確控制，其誤差由功率滯環(huán)比較器的滯寬決定;具有功率因數(shù)高、諧波干擾低、響應(yīng)快、效率高，動態(tài)性能和魯棒性好;系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與算法實現(xiàn)簡單，無需旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換和解禍控制，無電流內(nèi)環(huán)和PWM調(diào)制模塊，只需從預(yù)存的開關(guān)表中直接選取所需的開關(guān)信號，對交流側(cè)電壓不平衡和諧波失真也有一定補償作用;通過估計虛擬磁鏈來計算無功與有功功率，可省略電網(wǎng)側(cè)電壓傳感器，節(jié)約了成本。缺點:功率滯環(huán)比較器沒有恒定的開關(guān)頻率，且又屬非線性和無嚴(yán)格的數(shù)學(xué)描述，導(dǎo)致功率和直流電壓跟蹤能力差;功率滯環(huán)比較器不能完全跟蹤按時問變化的信號，需采用較高且變化的開關(guān)頻率，給濾波器設(shè)計帶來困難;功率估算需要檢測整流器的開關(guān)狀態(tài)，需要高速的處理器和A/ D轉(zhuǎn)換器;有功功率和無功功率之問存在禍合，直流電壓受有功功率決定的同時也受到無功功率的影響，功率內(nèi)環(huán)采用常規(guī)單開關(guān)表同時控制有功和無功功率，且對無功功率調(diào)節(jié)強于有功功率，導(dǎo)致暫態(tài)過程中有功功率、直流電壓出現(xiàn)了較大波動，且穩(wěn)態(tài)時負(fù)載電流擾動會產(chǎn)生較大的直流動態(tài)壓降。通過交替采用有功、無功功率的雙開關(guān)表控制策略，且采用負(fù)載電流反饋控制雙開關(guān)表轉(zhuǎn)換信號的占空比，可改善系統(tǒng)啟動性能和減少直流動態(tài)壓降或消除穩(wěn)態(tài)直流壓降，但雙開關(guān)表控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。

(3)內(nèi)環(huán)采用時間最優(yōu)控制。 DPC通常是通過前饋解禍控制，采用兩個獨立的PI調(diào)節(jié)器，來控制相應(yīng)的有功和無功分量，而有功分量和無功分量之問的動態(tài)禍合以及PWM電壓利用率的約束，影響了整流器有功分量(即輸出直流電壓)的動態(tài)響應(yīng)。時間最優(yōu)控制是在1997年被提出的控制方法，它根據(jù)時間最優(yōu)控制算法求解出跟蹤指令電流所需的最優(yōu)控制電壓，并在動態(tài)過程中降低相應(yīng)無功分量的響應(yīng)速度，從而有效地提高了有功分量(直流電壓)的動態(tài)響應(yīng)速度，實現(xiàn)了直流電壓的時間最優(yōu)控制。

優(yōu)點：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn);通過加入積分環(huán)節(jié)，保證了電流控制無靜差；可根據(jù)性能指標(biāo)矩陣改變系統(tǒng)的控制性能，滿足所需系統(tǒng)響應(yīng)特性；系統(tǒng)對負(fù)載變化或系統(tǒng)參數(shù)有較強魯棒性和適應(yīng)性，使系統(tǒng)具有高功率因數(shù)，且輸出電壓可調(diào)。缺點:系統(tǒng)工作在高功率因數(shù)下，整流器的無功電流不能獨立調(diào)節(jié)，無法實現(xiàn)對系統(tǒng)功率因數(shù)的控制；最優(yōu)控制是從精確的數(shù)學(xué)模型計算出來的，當(dāng)模型存在偏差將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能，使品質(zhì)惡化，因此有必要解決魯棒閉環(huán)算法問題;理論上還有最優(yōu)化算法的簡化和實用性問題 。

自20世紀(jì)80年代開始PWM整流器研究以來，PWM整流器控制雖已取得了很多成果，但仍不完善。它的發(fā)展趨勢大致可歸結(jié)為以下幾個方面 。

(1)新控制方法及集成控制方法研究

VSR可以采用的控制方法很多，每種控制方法都有其特點和適用場合。隨著電力電了、微電了、計算機等技術(shù)的發(fā)展，采用DSP可快速實現(xiàn)復(fù)雜運算，一些復(fù)雜控制算法逐步得到實際應(yīng)用;為使控制系統(tǒng)具有更高的動靜態(tài)性能，應(yīng)該尋找新型的控制方法或改進現(xiàn)有的控制方法；電VSR網(wǎng)側(cè)電流控制有將固定開關(guān)頻率、滯環(huán)及空問矢量控制相結(jié)合的趨勢;由于很難憑借單獨一種控制方法來解決實際控制系統(tǒng)中的眾多難點問題和實現(xiàn)綜合性的設(shè)計目標(biāo)，因此，可將不同的控制方法進行“整合”集成而形成復(fù)合控制，以實現(xiàn)取長補短，有機融合成更有效的控制方案。

(2) PWM整流器無傳感器控制研究

PWM整流器控制一般需要通過交流電壓、交流電流和負(fù)載電壓的三類傳感器來檢測交流側(cè)的電流、電壓和直流側(cè)的電壓值，有的控制方案還需負(fù)載電流傳感器，實現(xiàn)成本較高。為了簡化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、降低成本和安裝費用，無傳感器控制技術(shù)研究取消交流電壓和交流電流傳感器，而采用預(yù)測算法或觀測器重構(gòu)估算出網(wǎng)側(cè)電壓或者電流。

(3) PWM整流器無傳感器控制技術(shù)

PWM整流器無交流電流傳感器控制策略既有效克服了問接電流控制中動態(tài)性能不好的缺點，同時又可以節(jié)省價格昂貴的電流傳感器，具有硬件結(jié)構(gòu)簡單，便于微機實現(xiàn)的優(yōu)點。通過建立一個電流觀測器來計算出網(wǎng)側(cè)電流估計值，其關(guān)鍵部分在于開關(guān)函數(shù)的檢測和輸入電流指令的構(gòu)造。由于該控制策略硬件成本低，因此在實際工程中有很好的應(yīng)用價值。

(4)電網(wǎng)不平衡條件下VSR控制研究

常規(guī)PWM整流器均以三相電網(wǎng)是平衡的為前提，這樣一旦三相電壓不平衡，電壓的負(fù)序分量會使整流器網(wǎng)側(cè)電流和直流輸出電壓含有豐富的低次諧波，利用常規(guī)的電網(wǎng)平衡條件下的控制方法進行控制，則會降低整流器的性能，甚至產(chǎn)生不正常的運行狀態(tài)。電網(wǎng)不平衡條件下電壓源型整流器控制技術(shù)主要集中在整流器網(wǎng)側(cè)電感及直流側(cè)電容的設(shè)計，或者是通過控制系統(tǒng)本身去改善和抑制整流器輸入側(cè)的不平衡因素以及對傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的重構(gòu)和控制策略的改進。通過引入正序、負(fù)序兩套同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的獨立控制方案，在各白的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，將正序、負(fù)序基波分量均轉(zhuǎn)換成直流分量，再通過各白的控制器實現(xiàn)無靜差控制，從而大大提高了系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和魯棒性。

(5) CSR控制研究

隨著高溫超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，CSR電感儲能的效率得到極大的提高，功率損耗大為降低，體積、價格等方面也得到改善。因此，利用CSR實現(xiàn)高性能的電能輸送將逐漸興起，而其控制研究也將成為熱點。電壓源型整流器的控制策略大多也可應(yīng)用在CSR上，但由于CSR交流側(cè)二階濾波結(jié)構(gòu)使整流器交流側(cè)的瞬時功率平衡表達式與電壓源型整流器不同，另外，CSR交流側(cè)弱阻尼的二階濾波環(huán)節(jié)較之電壓源型整流器的一階環(huán)節(jié)，更易激起振蕩，CSR的電流控制更為復(fù)雜。因此CSR的控制遠不及電壓源型整流器成熟。

(6)電網(wǎng)不平衡條件下CSR控制研究

在CSR中，電網(wǎng)電壓的不平衡同樣會帶來電壓源型整流器類似的問題。為了消除由電壓不平衡產(chǎn)生的低次非特征諧波，可以采用增大交流側(cè)和直流側(cè)濾波器的尺寸、前饋補償?shù)姆椒?、反饋控制法等三種方法。其中前者增大了整個裝置的尺寸，降低了響應(yīng)迅速;中者研究較多，但網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)不可控，網(wǎng)側(cè)電流開環(huán)控制，不能有效的保證交流電流的正弦性;后者重點主要在參考指令電流的產(chǎn)生和電流的無差跟蹤兩方面，此法已用于電壓源型整流器中，但在CSR中還未見報道。因此，在電網(wǎng)電壓不平衡條件下的CSR控制策略研究仍然是一項艱巨的任務(wù)。

控制技術(shù)是整流器技術(shù)的關(guān)鍵問題，全面綜述性介紹了三相電壓型PWM整流器的各種控制策略，并按控制理論發(fā)展規(guī)律對這些方法進行了科學(xué)分類，還分析了這些方法的原理及特點。盡管PWM整流器控制研究已經(jīng)取得了很大的成績，但一些問題還沒有得到滿意的解決，展望了三相PWM整流器控制技術(shù)的發(fā)展趨勢。PWM控制技術(shù)是一項應(yīng)用廣泛的實用化技術(shù)，隨著研究的不斷深入，必將對國民經(jīng)濟的發(fā)展做出重要的貢獻。對三相電壓型PWM整流器控制方法的研究與選擇有一定參考指導(dǎo)價值。2100433B