滑模变结构控制在三相电压型PWM整流器中的应用

作者简介：薛太林（1965-），男，教授，硕士生导师，Email：13803434745@
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电气传动 2018 年 第 48 卷 第 Байду номын сангаас 期
薛太林，等：滑模变结构控制在三相电压型 PWM 整流器中的应用
程中依赖于系统的数学模型参数，从而降低了系 统的抗干扰能力。三相 PWM 整流器控制通常采 用双闭环控制，即电压外环和电流内环，电压外 环不易受电网变化的影响，但电流内环干扰情况 复杂，波动复杂，导致电网谐波污染严重［11］。文 献［12］对三相不平衡电压采用滑模控制，即消除 负序电流、有功功率波动和无功功率波动，大大 提高了控制精度。
关键词：非线性控制；滑模控制；三相 PWM 整流器；李雅普诺夫函数；自抗扰控制器 中图分类号：TM921 文献标识码：A DOI：10.19457/j.1001-2095.20180505
Application of Sliding Mode Variable Structure Control in the Three-phase Voltage Source PWM Rectifier
ELECTRIC DRIVE 2018 Vol.48 No.5
电气传动 2018 年 第 48 卷 第 5 期
滑模变结构控制在三相电压型 PWM 整流器中的应用
薛太林，陈治强，张学军，张涛 （山西大学 电力工程系，山西 太原 030013）
摘要：为了提高三相电压型 PWM 整流器的稳定性和动态性，给出一种基于非线性控制理论的分析方法， 详细介绍了滑模变结构的参数设计，以及可选择功能的滑模控制器的分析。在 Matlab/Simulink 中搭建全二阶 解耦双闭环仿真模型，分析双闭环控制系统的响应时间和抗干扰性能，并与三相电压型 PWM 整流器的传统 PI 控制进行比较。仿真结果表明，可选择的滑模控制方法是有效的，大大提高了系统的稳定性和动态性能。
XUE Tailin，CHEN Zhiqiang，ZHANG Xuejun，ZHANG Tao （Department of Electrical Engineering，Shanxi University，Taiyuan 030013，Shanxi，China）
Abstract: In order to improve the stability and dynamic of three-phase voltage source PWM rectifier，an analysis based on the theory of nonlinear control method was given，the parameters of the sliding mode control was introduced in detail design，as well as the optional function analysis of the sliding mode controller. All second order decoupling dual closed loop simulation model was built in the Matlab/Simulink，the double closed loops control system′s response time and anti-jamming performance were discussed，compared with the traditional PI control of three-phase voltage source PWM rectifier. The simulation results show that the optional sliding mode control method is effective，the system stability and dynamic performance are improved greatly.
有高度灵活的控制方法，在误差变化较小时，能 够 快 速 跟 踪 参 考 信 号 。 文 献［7］基 于 大 信 号 模 型，在模拟电路中设计单相 Boost/Buck 型的 AC/ DC 滑模变结构控制器，参数调试变得困难，并没 有进一步研究滑模变结构在三相 PWM 整流器中 的应用。文献［8］中，d，q 轴电流存在耦合，所构 造的 2 个滑动面相互约束，极易造成抖振现象。 文献［9］提出一种基于滑模控制的直接电压/功率 控制策略，根据直流电压和无功功率误差直接获 得逆变器的调制电压，简化了控制器的结构和参 数的调整。文献［10］提出反馈线性化滑模变结 构控制，公式推导复杂，在仿射非线性系统的过
Key words: nonlinear control；sliding mode control；three- phase PWM rectifier；Lyapunov function；active disturbance rejection controller
三相 PWM 整流器是典型的开关非线性系 统，传统 PI 控制严重依赖于数学模型参数，参数 调试困难，精确度低，无法适应电网条件发生改 变，有效抗干扰。基于线性控制理论的分析方法 应用于这类系统具有诸多缺点和局限性［1-3］。
近年来，滑模变结构［4-5］在三相 PWM 整流器 控制中的应用成为研究热点，表现动态响应快、 抗干扰能力强等优点，此外，作为一种在设计中 具有高度灵活性的控制方法，滑模控制相比于其 他非线性控制方法更易实现。文献［6］详细介绍 了三相 PWM 整流器的控制策略的研究发展趋 势。滑模变结构控制作为一种在设计选择中具
以上所有文献中，均没有对滑模控制机制给 出 理 论 分 析 ，对 滑 模 变 结 构 的 本 质 没 有 深 入 研 究。为此，本文对最简单的滑动模态加以分析， 设计指数趋近律，较为详细地推导滑动模态的参 数设计，在此基础上，提出内环电流具有可选择 功能的滑模控制器，仿真验证了该控制策略以及 分析方法的正确性。