三相電壓源型 PWM 整流器控制結(jié)語(yǔ)

控制技術(shù)是整流器技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)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(duì)這些方法進(jìn)行了科學(xué)分類(lèi)，還分析了這些方法的原理及特點(diǎn)。盡管PWM整流器控制研究已經(jīng)取得了很大的成績(jī)，但一些問(wèn)題還沒(méi)有得到滿(mǎn)意的解決，展望了三相PWM整流器控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。PWM控制技術(shù)是一項(xiàng)應(yīng)用廣泛的實(shí)用化技術(shù)，隨著研究的不斷深入，必將對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出重要的貢獻(xiàn)。對(duì)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(jià)值。2100433B

自20世紀(jì)80年代開(kāi)始PWM整流器研究以來(lái)，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(shì)大致可歸結(jié)為以下幾個(gè)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(diǎn)和適用場(chǎng)合。隨著電力電了、微電了、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的發(fā)展，采用DSP可快速實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)算，一些復(fù)雜控制算法逐步得到實(shí)際應(yīng)用;為使控制系統(tǒng)具有更高的動(dòng)靜態(tài)性能，應(yīng)該尋找新型的控制方法或改進(jìn)現(xiàn)有的控制方法；電VSR網(wǎng)側(cè)電流控制有將固定開(kāi)關(guān)頻率、滯環(huán)及空問(wèn)矢量控制相結(jié)合的趨勢(shì);由于很難憑借單獨(dú)一種控制方法來(lái)解決實(shí)際控制系統(tǒng)中的眾多難點(diǎn)問(wèn)題和實(shí)現(xiàn)綜合性的設(shè)計(jì)目標(biāo)，因此，可將不同的控制方法進(jìn)行“整合”集成而形成復(fù)合控制，以實(shí)現(xiàn)取長(zhǎng)補(bǔ)短，有機(jī)融合成更有效的控制方案。

(2) PWM整流器無(wú)傳感器控制研究

PWM整流器控制一般需要通過(guò)交流電壓、交流電流和負(fù)載電壓的三類(lèi)傳感器來(lái)檢測(cè)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(shí)現(xiàn)成本較高。為了簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、降低成本和安裝費(fèi)用，無(wú)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(cè)算法或觀測(cè)器重構(gòu)估算出網(wǎng)側(cè)電壓或者電流。

(3) PWM整流器無(wú)傳感器控制技術(shù)

PWM整流器無(wú)交流電流傳感器控制策略既有效克服了問(wèn)接電流控制中動(dòng)態(tài)性能不好的缺點(diǎn)，同時(shí)又可以節(jié)省價(jià)格昂貴的電流傳感器，具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于微機(jī)實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)建立一個(gè)電流觀測(cè)器來(lái)計(jì)算出網(wǎng)側(cè)電流估計(jì)值，其關(guān)鍵部分在于開(kāi)關(guān)函數(shù)的檢測(cè)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(shí)際工程中有很好的應(yīng)用價(jià)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(huì)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(jìn)行控制，則會(huì)降低整流器的性能，甚至產(chǎn)生不正常的運(yùn)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(jì)，或者是通過(guò)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(duì)傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的重構(gòu)和控制策略的改進(jìn)。通過(guò)引入正序、負(fù)序兩套同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的獨(dú)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(guò)各白的控制器實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差控制，從而大大提高了系統(tǒng)的運(yùn)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(chǔ)能的效率得到極大的提高，功率損耗大為降低，體積、價(jià)格等方面也得到改善。因此，利用CSR實(shí)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(diǎn)。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(shí)功率平衡表達(dá)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(yuǎn)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(huì)帶來(lái)電壓源型整流器類(lèi)似的問(wèn)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(bǔ)償?shù)姆椒?、反饋控制法等三種方法。其中前者增大了整個(gè)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(kāi)環(huán)控制，不能有效的保證交流電流的正弦性;后者重點(diǎn)主要在參考指令電流的產(chǎn)生和電流的無(wú)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(jiàn)報(bào)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(xiàng)艱巨的任務(wù)。

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(lèi)控制方式中，由于傳統(tǒng)控制方法的技術(shù)成熟且實(shí)現(xiàn)容易，在實(shí)際應(yīng)用中占絕對(duì)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(jìn)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(shí)際應(yīng)用。例如，反饋線性化控制方法的計(jì)算過(guò)于繁瑣，需要高速DSP；再如，直接功率控制對(duì)功率的估算需要檢測(cè)整流器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，它對(duì)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(lèi)控制都還不成熟，但隨著它們控制技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和逐步成熟，無(wú)疑它們具有良好的應(yīng)用前景。

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(lèi) 。

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(hào)分析時(shí)，整流器被視為一個(gè)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(gè)強(qiáng)非線性的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，采用非線性控制技術(shù)才能使系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變化和外來(lái)擾動(dòng)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(gè)指令正弦電流，將它與實(shí)際檢測(cè)到的交流電流進(jìn)行比較，兩者的偏差作為滯環(huán)比較器的輸入，通過(guò)滯環(huán)比較器產(chǎn)生控制主電路中開(kāi)關(guān)通斷的PWM信號(hào)，該P(yáng)WM信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制并網(wǎng)逆變器的相應(yīng)開(kāi)關(guān)器件通斷，使實(shí)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(diǎn)：控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，電壓利用率高，動(dòng)態(tài)性能較好；當(dāng)功率器件的開(kāi)關(guān)頻率很高時(shí)，電流響應(yīng)快，可實(shí)時(shí)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(yùn)算中未使用電路參數(shù)，對(duì)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(diǎn)：開(kāi)關(guān)頻率在一個(gè)工頻周期內(nèi)不固定，且隨著系統(tǒng)運(yùn)行條件的變化而變化，不能有效地控制開(kāi)關(guān)器件的最高開(kāi)關(guān)頻率；諧波電流頻譜隨機(jī)分布，增加了濾波器設(shè)計(jì)困難;開(kāi)關(guān)的損耗較大;對(duì)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(shí)鐘定時(shí)控制的比較器代替滯環(huán)比較器，它是將指令電流與實(shí)際輸出電流進(jìn)行比較，兩者的電流偏差通過(guò)PI調(diào)節(jié)后再與一個(gè)固定頻率的三角載波比較，以產(chǎn)生PWM信號(hào)，因而實(shí)現(xiàn)固定的逆變器開(kāi)關(guān)頻率。

優(yōu)點(diǎn)：開(kāi)關(guān)頻率固定，很少產(chǎn)生噪聲，開(kāi)關(guān)消耗也較少；控制算法簡(jiǎn)便，物理意義清晰，實(shí)現(xiàn)方便；由于開(kāi)關(guān)頻率固定，網(wǎng)側(cè)變壓器及濾波電感設(shè)計(jì)容易；并網(wǎng)電流的閉環(huán)控制，提高了電流控制性能，增強(qiáng)了系統(tǒng)魯棒性；隨著功率器件開(kāi)關(guān)頻率的增加，控制性能得到改善。缺點(diǎn)：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(duì)高性能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是有害的；電流跟隨誤差較大，軟件實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜；由于加入了PI調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，電流動(dòng)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(jìn)。 PID控制是通過(guò)比例、積分、微分算法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制。由于其算法簡(jiǎn)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(gè)PID控制器。

優(yōu)點(diǎn)：控制策略的物理意義清晰，實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單;算法簡(jiǎn)單明了，參數(shù)易于整定，設(shè)計(jì)過(guò)程不過(guò)分依賴(lài)系統(tǒng)參數(shù)，控制的適應(yīng)性好，魯棒性較強(qiáng)，可靠性高。缺點(diǎn):局限于線性定常系統(tǒng)，對(duì)于模型參數(shù)大范圍變化且非線性較強(qiáng)系統(tǒng)，PID控制難以滿(mǎn)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(shí)值，參考電流和輸出電流問(wèn)存在相位誤差，對(duì)于交流正弦系統(tǒng)，PID調(diào)節(jié)不能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)靜差控制，因此輸出電流的穩(wěn)態(tài)誤差較大，不能及時(shí)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(wèn)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(diǎn)，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(duì)交流量的控制轉(zhuǎn)變成對(duì)直流量的控制，然后采用兩個(gè)PID運(yùn)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(dòng)態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)態(tài)性能好、白身有限流保護(hù)能力等優(yōu)點(diǎn)，還可以消除電流穩(wěn)態(tài)誤差，達(dá)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(gè)電流調(diào)節(jié)器，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了系統(tǒng)性能，具有良好的動(dòng)態(tài)性能和高的功率因數(shù)。

優(yōu)點(diǎn)：在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，交流電流分量變?yōu)橹绷鞣至?，?duì)直流量可以實(shí)現(xiàn)無(wú)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(wú)功電流的獨(dú)立控制。缺點(diǎn):模型上相互禍合，對(duì)控制的靜、動(dòng)態(tài)性能不利，為完全克服有功電流分量和無(wú)功電流分量之問(wèn)交義禍合電勢(shì)的作用，實(shí)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(jì)與選擇要經(jīng)過(guò)一系列的測(cè)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(guò)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(shí)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(lái)達(dá)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(wú)窮大，而在非基頻處增益很小，因此，它可對(duì)頻率為基頻的正弦信號(hào)實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差跟蹤控制。通過(guò)把基頻設(shè)置為電網(wǎng)電壓的基頻，即可對(duì)網(wǎng)側(cè)變換器電流進(jìn)行PRC控制。

優(yōu)點(diǎn)：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(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了靜止坐標(biāo)系電流的無(wú)靜差控制。缺點(diǎn)：控制器的設(shè)計(jì)不直接，需要經(jīng)過(guò)一系列的測(cè)試。

(6)線性狀態(tài)反饋控制。它是以整流器的小信號(hào)線性化狀態(tài)空問(wèn)模型為基礎(chǔ)，采用狀態(tài)反饋來(lái)任意地配置閉環(huán)系統(tǒng)極點(diǎn)或設(shè)計(jì)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?zhàn)鳛殡娏鲀?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(dòng)態(tài)特性差的不足，與外環(huán)共同實(shí)施對(duì)逆變器的波形校正。另外，也可不分開(kāi)電壓、電流控制，而是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)極點(diǎn)配置或設(shè)計(jì)最優(yōu)二次型調(diào)節(jié)器。它需要事先離線算出各個(gè)靜態(tài)工作點(diǎn)的狀態(tài)空問(wèn)模型及與之對(duì)應(yīng)的反饋矩陣，然后存入存儲(chǔ)器。工作時(shí)，還要檢測(cè)負(fù)載電流或等效負(fù)載電阻以確定當(dāng)前的工作點(diǎn)，然后查表讀取相應(yīng)的反饋矩陣。

優(yōu)點(diǎn):可任意配置閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)位置，抑制了擾動(dòng)影響和暫態(tài)振蕩，提高了動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，對(duì)線性負(fù)載的響應(yīng)很好。缺點(diǎn):對(duì)系統(tǒng)模型依賴(lài)性強(qiáng)，而建立狀態(tài)模型時(shí)很難將負(fù)載特性完全考慮在內(nèi)，通常只能針對(duì)空載或特定負(fù)載進(jìn)行建模，當(dāng)模型參數(shù)和負(fù)載變化時(shí)控制效果變差，因此魯棒性差;對(duì)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(diǎn)以得到要求的動(dòng)態(tài)性能;對(duì)交流電流進(jìn)行無(wú)差跟蹤，要求控制器具有無(wú)限帶寬;要求對(duì)靜止工作點(diǎn)的劃分很細(xì)，占用存儲(chǔ)空問(wèn)較大，離線計(jì)算量也比較大，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。

（7）幾種預(yù)測(cè)控制。PWM整流器兒乎都采用數(shù)字控制，由采樣和計(jì)算產(chǎn)生的延遲會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定，控制效果會(huì)下降。因此，采用預(yù)測(cè)電流、無(wú)差拍、單周、重復(fù)、模型預(yù)測(cè)等兒種預(yù)測(cè)控制技術(shù)對(duì)延遲進(jìn)行補(bǔ)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(cè)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(shí)際電流與下一采樣時(shí)刻的預(yù)測(cè)電流進(jìn)行比較，推導(dǎo)出最優(yōu)控制電壓以及電壓空問(wèn)矢量，作用于下一個(gè)周期并由此決定三相橋臂各功率器件的通斷，使實(shí)際電流在一個(gè)周期內(nèi)跟蹤參考電流，實(shí)現(xiàn)整流器快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

優(yōu)點(diǎn):數(shù)學(xué)推導(dǎo)嚴(yán)密，控制簡(jiǎn)單，數(shù)字實(shí)現(xiàn)容易;跟蹤無(wú)過(guò)沖、電流諧波小，器件開(kāi)關(guān)應(yīng)力小，動(dòng)態(tài)性能好，特別是在高采樣頻率和開(kāi)關(guān)頻率時(shí)，電流跟蹤能力強(qiáng)，電流波形畸變小。缺點(diǎn):在低的采樣頻率下，會(huì)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(duì)參數(shù)的變化敏感，魯棒性差;計(jì)算量較大，響應(yīng)速度較慢。

2)無(wú)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(shí)現(xiàn)零點(diǎn)和極點(diǎn)的對(duì)消，并配置另一個(gè)極點(diǎn)于原點(diǎn)。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(hào)來(lái)推算出下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的PWM脈沖寬度，從第2個(gè)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(dòng)引起的輸出電壓偏差可在一個(gè)采樣周期內(nèi)得到修正。

優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)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(kāi)關(guān)頻率下，也能得到較好的輸出波形品質(zhì);通過(guò)調(diào)節(jié)逆變橋的輸出相位來(lái)補(bǔ)償LC濾波器的相位延時(shí)，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(qiáng)，對(duì)負(fù)載切換造成的過(guò)渡過(guò)程短，對(duì)非線性負(fù)載輸出諧波失真小。缺點(diǎn)：要求脈寬必須當(dāng)拍計(jì)算當(dāng)拍輸出，運(yùn)算的實(shí)時(shí)性要求很高，否則會(huì)影響系統(tǒng)特性;由于采樣和計(jì)算時(shí)問(wèn)的延遲，輸出脈沖的占空比受到很大限制;對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化反應(yīng)靈敏，系統(tǒng)魯棒性差，通過(guò)加入負(fù)載電流觀察器可解決這個(gè)問(wèn)題，但算法復(fù)雜，且當(dāng)采樣頻率不高時(shí)誤差較大。

3)單周控制。它通過(guò)控制開(kāi)關(guān)占空比，在每個(gè)周期內(nèi)強(qiáng)迫開(kāi)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(gè)周期內(nèi)白動(dòng)消除穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)誤差，使前一周期的誤差不會(huì)帶到下一周期。該技術(shù)同時(shí)具有調(diào)制和控制的雙重性，通過(guò)復(fù)位開(kāi)關(guān)、積分器、比較器、觸發(fā)電路達(dá)到跟蹤指令信號(hào)的目的。

優(yōu)點(diǎn)：能在一個(gè)周期內(nèi)抵制電源側(cè)的擾動(dòng)，消除靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，能減小畸變和抑制電源干擾，對(duì)輸入擾動(dòng)抑制能力強(qiáng)；無(wú)需檢測(cè)輸入電壓、鎖相環(huán)和其他同步電路，只需檢測(cè)輸入電流和輸出電壓，用模擬器件就可實(shí)現(xiàn);電路簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高、實(shí)現(xiàn)容易、穩(wěn)定性好；開(kāi)關(guān)頻率恒定，魯棒性強(qiáng)。缺點(diǎn)：需要快速?gòu)?fù)位的積分電路，硬件電路較復(fù)雜;對(duì)開(kāi)關(guān)誤差校正能力有限，存在穩(wěn)態(tài)誤差，精度欠佳；對(duì)負(fù)載擾動(dòng)抑制能力差，負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，若將輸入電壓誤差引入積分器，負(fù)載擾動(dòng)抑制會(huì)有所改善，但負(fù)載擾動(dòng)信號(hào)是基于輸出電壓誤差，不能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)動(dòng)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(gè)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(shí)現(xiàn)對(duì)外部周期性的正弦參考信號(hào)的漸近跟蹤，并消除重復(fù)出現(xiàn)的畸變。為了增強(qiáng)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(diǎn)：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(qiáng)，且數(shù)字實(shí)現(xiàn)容易。缺點(diǎn)：由于延遲因了的存在，在干擾出現(xiàn)的一個(gè)基波周期內(nèi)，系統(tǒng)對(duì)干擾不產(chǎn)生任何調(diào)節(jié)作用，控制的實(shí)時(shí)性差，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢，可采用與PI等復(fù)合控制來(lái)解決此問(wèn)題。

5)模型預(yù)測(cè)控制。預(yù)測(cè)控制具有多步測(cè)試、滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正三個(gè)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(dòng)式的有限時(shí)域優(yōu)化策略，使得在控制的全程中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)優(yōu)化，而在控制的每步實(shí)現(xiàn)靜態(tài)參數(shù)優(yōu)化，及時(shí)彌補(bǔ)了模型失配、時(shí)變、干擾等引起的不確定性，使控制保持實(shí)際上的最優(yōu)。它主要包括模型算法控制(MAC)、動(dòng)態(tài)矩陣控制(DMC)、廣義預(yù)測(cè)控制(GPC)、預(yù)測(cè)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(wèn)傳遞函數(shù)得出整流器的一階差分方程作為預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)電流的模型預(yù)測(cè)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(diǎn)：預(yù)測(cè)和優(yōu)化模式是對(duì)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(dòng)優(yōu)化策略，使模型失配、畸變、干擾等引起的不確定性及時(shí)得到彌補(bǔ)，提高了抗擾性和適應(yīng)性；對(duì)模型精度要求不高，跟蹤性能良好，更適于復(fù)雜工業(yè)過(guò)程控制。缺點(diǎn)：控制設(shè)計(jì)較復(fù)雜，當(dāng)控制量有約束時(shí)變成了非線性約束優(yōu)化問(wèn)題，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制算法更為復(fù)雜;在線計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，計(jì)算量大;理論分析難以深入，對(duì)多變量預(yù)測(cè)控制算法的穩(wěn)定性、魯棒性的研究巫待解決;對(duì)于線性系統(tǒng)可以解析求解，在線計(jì)算相當(dāng)簡(jiǎn)便，而對(duì)于非線性系統(tǒng)則往往需要在線的數(shù)值迭代求解，計(jì)算量很大，無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)時(shí)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(hào)模型用線性控制方法難以獲得非常滿(mǎn)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(lái)解決整流器在運(yùn)行過(guò)程中參數(shù)攝動(dòng)和各種擾動(dòng)引起的不確定性問(wèn)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(dòng)的先驗(yàn)知識(shí)較少，通過(guò)不斷檢測(cè)系統(tǒng)參數(shù)或運(yùn)行指標(biāo)，在線辨識(shí)系統(tǒng)模型，自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)或控制策略，補(bǔ)償過(guò)程特性或環(huán)境的變化，實(shí)現(xiàn)高精度控制。它又分為線性與非線性?xún)深?lèi)，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(diǎn)：通過(guò)在線修正自己的特性以適應(yīng)對(duì)象的變化，能夠有效地解決模型不精確和模型變化所帶來(lái)的魯棒性問(wèn)題。缺點(diǎn)：數(shù)學(xué)模型的建立和運(yùn)算比較復(fù)雜，控制系統(tǒng)不易實(shí)現(xiàn)；進(jìn)行辨識(shí)和校正需要一定時(shí)問(wèn)，主要適于漸變和實(shí)時(shí)性不高的過(guò)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(dòng)集合，然后對(duì)擾動(dòng)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(wèn)題進(jìn)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(dòng)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(diǎn)：對(duì)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(shí)域仿真法的計(jì)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(kāi)關(guān)切換動(dòng)作與變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)沿切換面高頻切換動(dòng)作上有對(duì)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(shí)變參數(shù)問(wèn)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(dá)并保留在預(yù)先設(shè)計(jì)好的超平面上(超平面是在狀態(tài)空問(wèn)中定義的非連續(xù)函數(shù)，在超平面上系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)成為滑動(dòng)模態(tài)。為達(dá)到更好的控制效果，它與自適應(yīng)、預(yù)測(cè)、無(wú)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(diǎn)：幾乎不依賴(lài)于模型，對(duì)參數(shù)變化和外部擾動(dòng)不敏感，魯棒性好，抗干擾能力強(qiáng);不需要在線辨識(shí)，控制規(guī)律實(shí)現(xiàn)容易；對(duì)系統(tǒng)模型精度要求不高，控制規(guī)律簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易，可協(xié)調(diào)動(dòng)、靜態(tài)問(wèn)矛盾；可有效降低系統(tǒng)的階數(shù)、簡(jiǎn)化控制；理論上可應(yīng)用到各類(lèi)非線性系統(tǒng)。缺點(diǎn)：開(kāi)關(guān)頻率不固定，輸出紋波較大，對(duì)濾波器設(shè)計(jì)要求較高；頻繁高速的開(kāi)關(guān)切換會(huì)帶來(lái)高頻抖動(dòng)，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(lái)解決;需要知道系統(tǒng)不確定性參數(shù)和擾動(dòng)的上、下界的準(zhǔn)確度，滑動(dòng)模態(tài)的到達(dá)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(guò)適當(dāng)?shù)姆蔷€性狀態(tài)和反饋?zhàn)儞Q，可實(shí)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(wèn)題轉(zhuǎn)化為線性系統(tǒng)的綜合問(wèn)題，然后應(yīng)用各種成熟的線性控制方法設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)反饋線性化控制。

優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了電流、電壓有功和無(wú)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(dòng)?。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(duì)有定義的整個(gè)區(qū)域都適用；解決控制系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)攝動(dòng)和外部參數(shù)擾動(dòng)的影響，系統(tǒng)魯棒性強(qiáng)。缺點(diǎn)：無(wú)法直接限制有功電流，且非線性控制器設(shè)計(jì)相當(dāng)復(fù)雜；解禍矩陣、反饋控制律復(fù)雜，導(dǎo)致運(yùn)算復(fù)雜，需要高速DSP;解禍矩陣可能存在奇異性，這可通過(guò)給導(dǎo)致奇異點(diǎn)的量預(yù)置數(shù)來(lái)解決；當(dāng)系統(tǒng)不確定擾動(dòng)的相對(duì)階低于未加擾動(dòng)系統(tǒng)的相對(duì)階時(shí)，系統(tǒng)的零動(dòng)態(tài)由于擾動(dòng)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(duì)象的模型生成一種可用反饋方法實(shí)現(xiàn)的原系統(tǒng)的二階積分逆模型，將之串聯(lián)在被控對(duì)象的前面，原對(duì)象被補(bǔ)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(lái)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(wú)功電流作為狀態(tài)反饋?zhàn)兞?，推?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(shí)現(xiàn)了無(wú)功電流分量和直流電壓的解禍控制。

優(yōu)點(diǎn)：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(jiǎn)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(diǎn)：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(dá)式，且須滿(mǎn)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(lài)于模型，常將其與其他結(jié)合使用;控制精度依賴(lài)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(wèn)題，它常與白適應(yīng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等相結(jié)合，對(duì)參數(shù)和模型在線辨識(shí)或校正，可取得更好的控制效果 。

(6)基于存儲(chǔ)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(lái)的，它先對(duì)系統(tǒng)構(gòu)造一個(gè)“類(lèi)似能量”的純量函數(shù)，然后在保證該函數(shù)對(duì)時(shí)問(wèn)的變化為負(fù)的前提下來(lái)設(shè)計(jì)控制器。為解決大范圍、大干擾的控制問(wèn)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(chǔ)能的定量關(guān)系建立了Lapunov函數(shù)，并通過(guò)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(diǎn)：理論嚴(yán)格、物理意義清晰；方法簡(jiǎn)單、實(shí)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(wèn)題，對(duì)大信號(hào)擾動(dòng)具有很強(qiáng)的魯棒性;在負(fù)載電流躍變時(shí)，直流電壓的響應(yīng)快且動(dòng)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(diǎn)：必須構(gòu)造一個(gè)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(diǎn)收斂速度不可控，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)性能不理想。

2)基于EL模型的無(wú)源控制

無(wú)源控制((PBC)是一種非線性反饋的能量控制方法。無(wú)源性系統(tǒng)的能量由初始時(shí)刻到時(shí)刻的增長(zhǎng)量不大于外部注入的能量總和，也即無(wú)源系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)問(wèn)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(wú)源映射，它采用歐拉一拉格朗日數(shù)學(xué)模型，通過(guò)能量整形和阻尼注入，注入合適的阻尼項(xiàng)，配置系統(tǒng)能量耗散特性方程中的無(wú)功分量“無(wú)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(wú)源的，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使得被控對(duì)象的輸出漸近收斂到期望值。

優(yōu)點(diǎn)：由于系統(tǒng)本身已提供Lyapunov函數(shù)，設(shè)計(jì)過(guò)程中省去了尋找該函數(shù)，簡(jiǎn)化了控制器的設(shè)計(jì);輸出電流波形正弦化，畸變率低，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化及外來(lái)攝動(dòng)有較強(qiáng)魯棒性;系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，物理意義明確、成本低、易于實(shí)現(xiàn);系統(tǒng)反饋不需要觀測(cè)器，直接利用輸出反饋;具有全局穩(wěn)定性，無(wú)奇異點(diǎn);可應(yīng)用于EL方程描述的控制系統(tǒng)，且EL模型中有反對(duì)稱(chēng)矩陣，簡(jiǎn)化了無(wú)源控制律，增強(qiáng)了控制的實(shí)時(shí)性。缺點(diǎn)：在構(gòu)造存儲(chǔ)函數(shù)時(shí)，系統(tǒng)的Lagrange結(jié)構(gòu)常會(huì)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(wú)規(guī)律可循;當(dāng)負(fù)載變化、電源不平衡時(shí)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(wú)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(wèn)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(lái)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(lái)尋找反饋控制，利用互聯(lián)和阻尼配置的無(wú)源性控制(IDA-PBC)能量成形方法來(lái)進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)。

優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)對(duì)負(fù)載的變化和外界擾動(dòng)具有很強(qiáng)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(wèn)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(jì)算量小、便于實(shí)現(xiàn);由于PCHD模型中有反對(duì)稱(chēng)矩陣，簡(jiǎn)化了無(wú)源控制律，增強(qiáng)了系統(tǒng)控制的實(shí)時(shí)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(diǎn)：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(jì)算復(fù)雜并且難以實(shí)現(xiàn);直接求解偏微分方程難度大，計(jì)算量大，實(shí)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(lái)的復(fù)雜的非線性系統(tǒng)分解為若干個(gè)了系統(tǒng)，引入虛擬控制量進(jìn)行靜態(tài)補(bǔ)償，采用由前往后遞推的設(shè)計(jì)方法，通過(guò)設(shè)計(jì)后面了系統(tǒng)的虛擬控制來(lái)保證前面了系統(tǒng)達(dá)到鎮(zhèn)定。當(dāng)系統(tǒng)存在不確定性時(shí)，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(gè)單變量模型，再對(duì)各單變量系統(tǒng)采用反步法設(shè)計(jì)控制器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)兩變量的穩(wěn)定控制。

優(yōu)點(diǎn)：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(jì)過(guò)程簡(jiǎn)明；對(duì)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(wèn)題，給出了反向設(shè)計(jì)尋求Lyapunov函數(shù)的方法;不要求非線性系統(tǒng)滿(mǎn)足匹配條件，增廣匹配條件或者非線性增長(zhǎng)性約束條件。缺點(diǎn)：參數(shù)變化需滿(mǎn)足線性參數(shù)化條件；依賴(lài)于對(duì)象的數(shù)學(xué)模型;需要計(jì)算回歸函數(shù)，計(jì)算量成指數(shù)險(xiǎn)增長(zhǎng)，實(shí)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(jì)算回歸矩陣時(shí)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(diǎn)配置進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，依靠期望軌跡與實(shí)際軌跡的誤差來(lái)實(shí)施非線性反饋控制，可改善PID控制器在強(qiáng)干擾及非線性系統(tǒng)中的控制效果。它由跟蹤微分器、擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)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(guò)渡過(guò)程和提取微分信號(hào)、估計(jì)擾動(dòng)和形成控制量。它把系統(tǒng)的模型攝動(dòng)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(dòng)加以補(bǔ)償，從而將具有非線性、不確定對(duì)象的控制系統(tǒng)補(bǔ)償為確定的、簡(jiǎn)化的積分串聯(lián)型線性系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上再設(shè)計(jì)控制器。它常與模型配置、無(wú)源、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，獲得更好的性能。

優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的非線性項(xiàng)和參數(shù)攝動(dòng)、電源擾動(dòng)等干擾的觀測(cè)與補(bǔ)償，具有良好的魯棒性和適應(yīng)性；安排過(guò)渡過(guò)程解決快速和超調(diào)問(wèn)的矛盾，不用積分反饋也能實(shí)現(xiàn)無(wú)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(wèn)題；不含有高深的數(shù)學(xué)知識(shí)，不需復(fù)雜推導(dǎo)，控制規(guī)律簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)性好，工程應(yīng)用方便。缺點(diǎn)：當(dāng)對(duì)象模型階數(shù)大于3時(shí)，難以選取滿(mǎn)意的非線性函數(shù)及相應(yīng)的參數(shù);運(yùn)算較復(fù)雜，計(jì)算量大，實(shí)時(shí)性變差;涉及較多的參數(shù)選取問(wèn)題，它們的取值會(huì)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(jī)理模型，能實(shí)時(shí)地保證整流器電流波形為理想波形，達(dá)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(duì)難以建立精確數(shù)學(xué)模型的對(duì)象實(shí)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(dòng)下的穩(wěn)定性。

優(yōu)點(diǎn)：不依賴(lài)被控對(duì)象的精確模型，具有較強(qiáng)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(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，實(shí)現(xiàn)容易;能在準(zhǔn)確性和簡(jiǎn)潔性之問(wèn)取得平衡，可有效地對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)做出判斷和處理。缺點(diǎn)：缺乏分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)方法，只能用經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)的試探來(lái)設(shè)計(jì)控制器，非常耗時(shí)低效；不能保證規(guī)則庫(kù)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(zhuān)注于模仿人的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)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(diǎn)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(duì)應(yīng)關(guān)系可以任意逼近一給定的非線性動(dòng)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(qiáng)的非線性控制，它可離線訓(xùn)練了一個(gè)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(qiáng)，且保持了滯環(huán)控制魯棒性好、電流響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可以限制器件的最高開(kāi)關(guān)頻率。

優(yōu)點(diǎn)：具有并行處理、白組織學(xué)習(xí)、非線性映射、魯棒性及容錯(cuò)性等能力；只需通過(guò)一定的I/O樣本來(lái)訓(xùn)練，可逼近任意對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性;不需復(fù)雜控制結(jié)構(gòu)，也不需要對(duì)象模型，可用于復(fù)雜的控制對(duì)象。缺點(diǎn)：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(jì)算復(fù)雜，計(jì)算量大;對(duì)訓(xùn)練集的要求高、訓(xùn)練時(shí)問(wèn)長(zhǎng)；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(yàn)風(fēng)險(xiǎn)最小化，泛化性能不強(qiáng);硬件實(shí)現(xiàn)技術(shù)沒(méi)有突破，不能實(shí)現(xiàn) 在線控制，還是采用離線學(xué)習(xí)，實(shí)時(shí)性較差，不能真正實(shí)際應(yīng)用。

(3)模糊神經(jīng)控制。智能控制方法各有其優(yōu)勢(shì)及局限，將它們集成融合在一起已成為設(shè)計(jì)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(dá)和處理模糊的定性知識(shí)，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(jì)算、分布式儲(chǔ)存、容錯(cuò)及自學(xué)習(xí)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，但不適于表達(dá)基于邏輯規(guī)則的知識(shí)，學(xué)習(xí)時(shí)問(wèn)長(zhǎng)、參數(shù)物理意義不明顯。為了進(jìn)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(lái)，利用模糊邏輯的智能推理機(jī)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(diǎn)：兩者結(jié)合優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，兼有兩者之長(zhǎng)；采用模糊計(jì)算，計(jì)算簡(jiǎn)便，加快了處理速度;增強(qiáng)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(qiáng)了系統(tǒng)的容錯(cuò)性；可同時(shí)處理確知和非確知信息，擴(kuò)大了信息處理能力。缺點(diǎn)：模糊規(guī)則的選取無(wú)通用辦法;模糊化層和模糊推理層節(jié)點(diǎn)個(gè)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(jì)算方法等無(wú)理論指導(dǎo);存在模型復(fù)雜性與模型泛化能力間的矛盾 。

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(jí)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(shí)地調(diào)整交流側(cè)的電流，抑制負(fù)載擾動(dòng)影響，使實(shí)際交流電流能夠快速跟蹤交流電流指令，實(shí)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(jìn)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(shí)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(shí)現(xiàn)坐標(biāo)變換非常復(fù)雜，控制器一般在靜止標(biāo)系實(shí)現(xiàn)，為彌補(bǔ)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(shì)信號(hào)作為前饋補(bǔ)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(shí)可實(shí)現(xiàn)dq軸電流的解禍無(wú)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(shí)現(xiàn)dq軸的定位，比較復(fù)雜 。

優(yōu)點(diǎn):控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)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(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù);對(duì)負(fù)載參數(shù)不敏感及具有較強(qiáng)魯棒性;具有固定的開(kāi)關(guān)頻率，易于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。缺點(diǎn):電流內(nèi)環(huán)為抑制非線性負(fù)載擾動(dòng)，必須具備足夠高的帶寬，這加大了數(shù)字控制器實(shí)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(shí)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(cè)開(kāi)關(guān)函數(shù)和輸入電流的電流觀測(cè)器，可實(shí)現(xiàn)無(wú)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(guò)控制輸出的有功功率、無(wú)功功率的方法來(lái)問(wèn)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(shí)功率在預(yù)存的開(kāi)關(guān)表中選擇整流器輸入電壓所需的控制開(kāi)關(guān)量，從而實(shí)現(xiàn)高性能整流。DPC可分為電壓定向、虛擬磁鏈定向兩種類(lèi)型，其中電壓定向又可分為有交流電壓傳感器和無(wú)交流電壓傳感器兩種方案。

優(yōu)點(diǎn)：估算的瞬時(shí)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(wú)電流環(huán)和復(fù)雜的算法，有功、無(wú)功功率得到了獨(dú)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(dòng)態(tài)性能和魯棒性好;系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，無(wú)需旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換和解禍控制，無(wú)電流內(nèi)環(huán)和PWM調(diào)制模塊，只需從預(yù)存的開(kāi)關(guān)表中直接選取所需的開(kāi)關(guān)信號(hào)，對(duì)交流側(cè)電壓不平衡和諧波失真也有一定補(bǔ)償作用;通過(guò)估計(jì)虛擬磁鏈來(lái)計(jì)算無(wú)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(diǎn):功率滯環(huán)比較器沒(méi)有恒定的開(kāi)關(guān)頻率，且又屬非線性和無(wú)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(shí)問(wèn)變化的信號(hào)，需采用較高且變化的開(kāi)關(guān)頻率，給濾波器設(shè)計(jì)帶來(lái)困難;功率估算需要檢測(cè)整流器的開(kāi)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(wú)功功率之問(wèn)存在禍合，直流電壓受有功功率決定的同時(shí)也受到無(wú)功功率的影響，功率內(nèi)環(huán)采用常規(guī)單開(kāi)關(guān)表同時(shí)控制有功和無(wú)功功率，且對(duì)無(wú)功功率調(diào)節(jié)強(qiáng)于有功功率，導(dǎo)致暫態(tài)過(guò)程中有功功率、直流電壓出現(xiàn)了較大波動(dòng)，且穩(wěn)態(tài)時(shí)負(fù)載電流擾動(dòng)會(huì)產(chǎn)生較大的直流動(dòng)態(tài)壓降。通過(guò)交替采用有功、無(wú)功功率的雙開(kāi)關(guān)表控制策略，且采用負(fù)載電流反饋控制雙開(kāi)關(guān)表轉(zhuǎn)換信號(hào)的占空比，可改善系統(tǒng)啟動(dòng)性能和減少直流動(dòng)態(tài)壓降或消除穩(wěn)態(tài)直流壓降，但雙開(kāi)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(shí)間最優(yōu)控制。 DPC通常是通過(guò)前饋解禍控制，采用兩個(gè)獨(dú)立的PI調(diào)節(jié)器，來(lái)控制相應(yīng)的有功和無(wú)功分量，而有功分量和無(wú)功分量之問(wèn)的動(dòng)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(dòng)態(tài)響應(yīng)。時(shí)間最優(yōu)控制是在1997年被提出的控制方法，它根據(jù)時(shí)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(dòng)態(tài)過(guò)程中降低相應(yīng)無(wú)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(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)了直流電壓的時(shí)間最優(yōu)控制。

優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn);通過(guò)加入積分環(huán)節(jié)，保證了電流控制無(wú)靜差；可根據(jù)性能指標(biāo)矩陣改變系統(tǒng)的控制性能，滿(mǎn)足所需系統(tǒng)響應(yīng)特性；系統(tǒng)對(duì)負(fù)載變化或系統(tǒng)參數(shù)有較強(qiáng)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(diǎn):系統(tǒng)工作在高功率因數(shù)下，整流器的無(wú)功電流不能獨(dú)立調(diào)節(jié)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jì)算出來(lái)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(wèn)題;理論上還有最優(yōu)化算法的簡(jiǎn)化和實(shí)用性問(wèn)題 。

整流器經(jīng)歷了不可控整流、相控整流和PWM整流三個(gè)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(wèn)題，而PWM整流器克服了這些缺點(diǎn)，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(dòng)、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(diǎn)。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(lèi)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(jiǎn)單、儲(chǔ)能效率高、損耗較低、動(dòng)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(diǎn)。根據(jù)并網(wǎng)交流信號(hào)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(jiǎn)單、直接，且具有限流和短路保護(hù)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(jiǎn)稱(chēng)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 。