專利名稱：Pwm整流器直流側(cè)電容電壓均壓的模糊控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種整流器，屬于電力電子與電工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種P麗整流
器直流側(cè)電容電壓均壓的模糊控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
在本發(fā)明之前，現(xiàn)有的直流側(cè)電容均壓控制的方法主要有以下幾種。
—是開環(huán)被動(dòng)控制，即在每一個(gè)新開關(guān)周期，正、負(fù)小矢量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這種方法只 有在平衡負(fù)載和對(duì)稱P麗調(diào)制情況下才能夠控制中點(diǎn)電位平衡，其動(dòng)態(tài)調(diào)整特性不好，導(dǎo) 致控制精度無法滿足要求； 二是滯環(huán)型控制，這是目前應(yīng)用最多的一種閉環(huán)控制方法，即在檢測(cè)每相電流方 向基礎(chǔ)之上，通過選擇正、負(fù)小矢量使中點(diǎn)電位朝不平衡方向的相反方向變化，但這種方法 的缺點(diǎn)就是電流中有1/2開關(guān)頻率的紋波難以消除，影響控制效果； 三是有源控制，這種方法是通過控制電流的調(diào)制因子，需要檢測(cè)中點(diǎn)電位不平衡
的大小和相電流的幅度，好處就是沒有1/2開關(guān)頻率的紋波。但是，由于增加了其他的開關(guān)
狀態(tài)，從而增加了開關(guān)損耗，同時(shí)這種方法一般沒有滯環(huán)控制那么可靠。 四是中點(diǎn)電位控制因子(P )法，SVP麗中首發(fā)小矢量均為正小矢量或負(fù)小矢量，
通過檢測(cè)該矢量作用時(shí)連接到中點(diǎn)的某相電流方向，可知該小矢量對(duì)直流側(cè)上、下兩電容
上電壓^和、的影響方向，并根據(jù)^和、的不平衡方向，通過調(diào)整中點(diǎn)電位控制因子P
來調(diào)整正負(fù)小矢量相對(duì)作用時(shí)間，從而達(dá)到平衡中點(diǎn)電壓的目的，因而應(yīng)用比較廣泛，但在
這種方法中，由于控制因子P取的是固定值，當(dāng)電容電壓接近均值的情況下，固定的控制
因子會(huì)使得電容電壓出現(xiàn)相反的不均，即導(dǎo)致兩電容電壓交起彼伏的不均，反而降低了系
統(tǒng)的起動(dòng)和穩(wěn)態(tài)性能、網(wǎng)側(cè)諧波較大、功率因數(shù)不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服上述缺陷，研制一種P麗整流器直流側(cè)電容電壓均壓的
模糊控制系統(tǒng)及方法。 本發(fā)明的技術(shù)方案是 P麗整流器直流側(cè)電容電壓均壓的模糊控制系統(tǒng)，其主要技術(shù)特征在于整流器的 輸入電壓和輸入電流信號(hào)輸送至輸入調(diào)理電路，輸入調(diào)理電路連接至數(shù)字控制芯片中的AD 采樣口，整流器的輸出電壓信號(hào)輸送至輸出調(diào)理電路，再連接至數(shù)字控制芯片中的AD采樣 口，再將上述信號(hào)輸送至雙環(huán)控制器、模糊控制器，得到的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)由數(shù)字控制芯片中 的EP麗口輸出至驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路連接整流器。
本發(fā)明的另一技術(shù)方案是 P麗整流器直流側(cè)電容電壓均壓的模糊控制方法，其主要技術(shù)步驟在于 (1)電壓、電流霍爾檢測(cè)直流側(cè)兩電容的輸出電壓和輸入電流信號(hào)，輸送至調(diào)理電
路整形后，再輸送至數(shù)字控制芯片中的相應(yīng)AD采樣口 ；
(2)變壓器采樣交流輸入側(cè)相電壓信號(hào)輸送至調(diào)理輸出電路整形后，再輸送至數(shù) 字控制芯片中的相應(yīng)AD采樣口 ； (3)將步驟(1) 、 (2)的信號(hào)輸送至雙環(huán)控制器、模糊控制器； (4)模糊控制器將其初始化、模糊控制判斷、模糊控制子程序； (5)數(shù)字控制芯片中的EP麗口將得到的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路至整流器。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果在于通過直流側(cè)兩電容均壓的程度自動(dòng)調(diào)節(jié)控制因子的大
小，從而實(shí)現(xiàn)正、負(fù)小矢量作用時(shí)間的自適應(yīng)智能選擇，實(shí)現(xiàn)了直流側(cè)兩電容電壓的一致，
保證了系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能?；谀：刂频闹悬c(diǎn)平衡控制方法能確保三電平二極管箝位
型P麗整流器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)的高功率因數(shù)。 本發(fā)明的效果還在于將檢測(cè)直流側(cè)兩電容的電壓送到DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)的 模數(shù)轉(zhuǎn)換口，由DSP的程序加以判斷，計(jì)算兩電容電壓的偏差電壓和偏差變化率，將之模糊 化，根據(jù)模糊控制規(guī)則和模糊推理得到控制因子P的模糊量，對(duì)控制因子P去模糊化得到 控制因子P的精確量，將控制因子P與正負(fù)小矢量相結(jié)合，從而調(diào)節(jié)正負(fù)小矢量的作用時(shí) 長。 本發(fā)明的效果就在于通過智能選擇控制因子P ，從而調(diào)節(jié)正負(fù)小矢量的作用時(shí) 長，以達(dá)到變換器直流側(cè)兩電容的均壓效果，保證了系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能?；谀：刂频?中點(diǎn)平衡控制方法能確保三電平二極管箝位型P麗整流器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)的高功率因數(shù)。
本發(fā)明與現(xiàn)有中點(diǎn)平衡控制方法相比，能夠無超調(diào)的實(shí)現(xiàn)兩電容電壓的平衡，在 動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)都能實(shí)現(xiàn)直流側(cè)兩電容的電壓平衡，從而減小了網(wǎng)側(cè)電流的畸變，確保了網(wǎng)側(cè) 的高功率因數(shù)；模糊控制器就在DSP中實(shí)現(xiàn)，沒有額外的硬件開銷，而且語句也少，對(duì)DSP的 運(yùn)行效率沒有影響。另外開關(guān)管的選擇余量可以減小，降低了成本，提高了可靠性。
本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和效果將在下面繼續(xù)說明。


圖1——-本發(fā)明的應(yīng)用電路系統(tǒng)組成示意圖。圖2——-本發(fā)明硬件電路構(gòu)成示意圖。圖3——-本發(fā)明實(shí)現(xiàn)三相三電平P麗整流控制示意圖。圖4——-本發(fā)明實(shí)現(xiàn)直流側(cè)電容均壓模糊控制器程序框圖。圖5——-本發(fā)明中兩電容均壓實(shí)驗(yàn)波形示意圖。圖6——-本發(fā)明中輸入電壓、電流和橋臂中點(diǎn)實(shí)驗(yàn)波形圖。圖2中的符號(hào)名稱
輸入電感量 Rs 電感電阻us。
網(wǎng)側(cè)輸入電壓ia，ib，i。 網(wǎng)側(cè)輸入電流直流側(cè)電容電sal sa4 開關(guān)管壓Cdi， Cd2直流側(cè)電容sbl sb4 開關(guān)管EP麗1 'EP麗12 P麗信號(hào) Sel Se4 開關(guān)管ADCINA0 AD采樣信號(hào) ADCINB0/ADCINB1 AD采樣










ADCINA3
圖3.中的符號(hào)名稱
e 直流側(cè)電壓偏差 P 控制因子 Ae 直流側(cè)電壓偏差變化率 iq，id直軸電流分量 i/ d軸電流給定
SVP麗 空間矢量調(diào)制 k 第k次采樣
圖4中，k"k2是量化因子；k3是輸出量的比例因子；A p是控制因子的增量，其它
PLL 鎖相環(huán)
Vd。* 直流電壓給定
9 電壓空間矢量角度
q* q軸電流給定
u/，Uq* d，q軸橋臂電壓調(diào)制信
號(hào)
Sa Sc 驅(qū)動(dòng)信號(hào)
符號(hào)與圖3中同'
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是針對(duì)控制因子P取的是固定值這一缺限，提出了一種模糊控制方法。
如圖1、圖2所示
本發(fā)明由如下部件構(gòu)成 整流器1 (三相P麗整流器)、驅(qū)動(dòng)電路2、輸入調(diào)理電路3、輸出調(diào)理電路4、模糊 控制器5 (控制因子模糊控制器)、雙環(huán)控制器6 (基于電網(wǎng)電壓定向的雙環(huán)控制器)和數(shù)字 控制芯片7(TMS320F2808)構(gòu)成；其中，模糊控制器5和雙環(huán)控制器6部分是由數(shù)字控制芯 片7中TI公司的DSP TMS320F2808編程軟件實(shí)現(xiàn)，TMS320F2808提供了完成系統(tǒng)控制所需 的AD采樣及P麗口輸出功能。如圖1和圖2中信號(hào)箭頭所示，由整流器1中采樣得到輸入 電壓和輸入電流信號(hào)經(jīng)輸入調(diào)理電路3整形，輸出電壓信號(hào)經(jīng)輸出調(diào)理電路4整形后送往 數(shù)字控制芯片中DSPTMS320F2808的AD采樣口 ，采樣的值在DSP中由軟件分時(shí)送往雙環(huán)控 制器6、模糊控制器5，雙環(huán)控制器6處理采樣得到的電壓、電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓的 恒定和網(wǎng)側(cè)輸入電流跟蹤輸入電壓相位，即實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)的高功率因數(shù)；模糊控制器5根據(jù)直 流側(cè)兩電容電壓采樣信號(hào)，產(chǎn)生直流側(cè)兩電容電壓平衡所需的控制因子值。為了實(shí)現(xiàn)以上 控制目標(biāo)，由空間矢量脈寬調(diào)制方式(SVP麗)產(chǎn)生整流器1所需的脈沖控制信號(hào)，綜合后得 到脈沖控制驅(qū)動(dòng)信號(hào)由控制芯片7DSP TMS320F2808的EP麗口輸出并送到驅(qū)動(dòng)電路2，驅(qū)動(dòng) 電路2再將開關(guān)管信號(hào)分配給整流器1中的開關(guān)管T。這樣就可以在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)的高功率因 數(shù)的同時(shí)，確保直流側(cè)的兩電容電壓平衡。 控制因子模糊控制器5和基于電網(wǎng)電壓定向的雙環(huán)控制6都是在數(shù)字控制芯片7
部分由軟件來實(shí)現(xiàn)的，即數(shù)字化實(shí)施。
由圖1、圖2、圖3可知 本發(fā)明是通過電壓霍爾元件(圖中未畫出，省略)檢測(cè)直流側(cè)兩電容電壓，輸入電 壓可用變壓器采樣，電流信號(hào)可用電流霍爾采樣，經(jīng)輸入調(diào)理電路3后將之送入數(shù)字控制 芯片7中的DSP的AD采樣口，輸出電壓信號(hào)經(jīng)輸出調(diào)理電路4整形后送往數(shù)字控制芯片7 中DSPTMS320F2808的相應(yīng)AD采樣口 ，這些信號(hào)均送入DSP內(nèi)，采用傳統(tǒng)的雙環(huán)控制器6，再 根據(jù)直流側(cè)兩電容電壓平衡是否，用模糊控制器5實(shí)施產(chǎn)生SVP麗波形。
5
如圖4所示 是控制因子的模糊控制器5部分的軟件流程，可采用C語言編寫(也可采用DSP 的匯編語言寫)；模糊控制程序是整個(gè)系統(tǒng)控制程序中的一個(gè)子程序，包括初始化、模糊 控制判斷、模糊控制子程序調(diào)用等幾部分。模糊控制子程序主要完成對(duì)輸出兩電容電壓偏 差及偏差率的量化，根據(jù)量化值查模糊控制總表，再將得到的A P '量化值精確化得A p ， 經(jīng)過加常數(shù)O. 5處理得到控制因子P ，這就是本發(fā)明中所謂智能選擇控制因子P ， P是根 據(jù)需要不斷變化的。最后與傳統(tǒng)方法一樣用P和(1-P)與實(shí)際小矢量作用時(shí)間相乘分別 得到正負(fù)小矢量的相應(yīng)作用時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)輸出兩電容的均壓。
本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例子如下 Rs = 0. 002Q， Ls = 2mH，輸入電壓相電壓幅值Em = 311V，輸出電壓Ud。 = 760V， 輸出功率P。 = lOKW，開關(guān)頻率t = 20KHz，直流側(cè)電容用兩只2200uF串聯(lián)。開關(guān)管選用 SPW47N60S5，數(shù)字控制芯片7選用TI公司DSP TMS320F2808。 圖5中的曲線8、9分別是直流側(cè)上、下兩電容的電壓緩起動(dòng)波形，可見采用模糊控
制策略實(shí)現(xiàn)了直流側(cè)兩電容電壓的平衡；圖6中的通道曲線10、11分別是穩(wěn)態(tài)時(shí)的A相的
輸入電壓和輸入電流波形，表明實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)輸入電流跟蹤輸入電壓的相位；通道曲線12是
A、B相橋臂中點(diǎn)線電壓波形，表明實(shí)現(xiàn)了三電平，開關(guān)控制信號(hào)是正確的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明
圖5表明基于模糊控制策略的控制因子實(shí)現(xiàn)了直流側(cè)兩電容電壓的平衡；圖6表明中點(diǎn)平
衡技術(shù)的應(yīng)用確保了二極管箝位型三電平P麗整流器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)的高功率因數(shù)。
如圖4所示，軟件運(yùn)行說明如下 第一步檢測(cè)輸出兩電容電壓偏差及偏差率； 第二步對(duì)電壓偏差及偏差率進(jìn)行量化； 第三步根據(jù)量化值查取模糊控制表得控制因子值； 第四步對(duì)控制因子去模糊化得精確值。
從以上的描述可知，本發(fā)明所提出一種控制因子的模糊控制策略，自適應(yīng)地改變
控制因子，用以調(diào)節(jié)正、負(fù)小矢量的作用時(shí)間長度，可獲得如下好處 1)實(shí)現(xiàn)直流側(cè)電容電壓靜、動(dòng)態(tài)工作時(shí)的平衡，沒有額外的成本開銷； 2)可靠性高，開關(guān)管可選低耐壓等級(jí)； 3)網(wǎng)側(cè)電流畸變小，確保了高功率因數(shù)。
權(quán)利要求
PWM整流器直流側(cè)電容電壓均壓的模糊控制系統(tǒng)，其特征在于整流器的輸入電壓和輸入電流信號(hào)輸送至輸入調(diào)理電路，輸入調(diào)理電路連接至數(shù)字控制芯片中的AD采樣口，整流器的輸出電壓信號(hào)輸送至輸出調(diào)理電路，再連接至數(shù)字控制芯片中的AD采樣口，再將上述信號(hào)輸送至雙環(huán)控制器、模糊控制器，得到的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)由數(shù)字控制芯片中的EPWM口輸出至驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路連接整流器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的P麗整流器直流側(cè)電容電壓均壓的模糊控制系統(tǒng)，其特征在 于經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路將模糊控制產(chǎn)生的自適應(yīng)控制因子與傳統(tǒng)調(diào)制方式結(jié)合后發(fā)出的脈沖控制 開關(guān)管信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路輸送給整流器中的開關(guān)管T。
3. P麗整流器直流側(cè)電容電壓均壓的模糊控制方法，其步驟為(1) 電壓、電流霍爾檢測(cè)直流側(cè)兩電容的輸出電壓和輸入電流信號(hào)，輸送至調(diào)理電路整 形后，再輸送至數(shù)字控制芯片中的相應(yīng)AD采樣口 ；(2) 變壓器采樣交流輸入側(cè)相電壓信號(hào)輸送至調(diào)理電路整形后，再輸送至數(shù)字控制芯 片中的相應(yīng)AD采樣口 ；(3) 將步驟(1)、 (2)的信號(hào)輸送至雙環(huán)控制器、模糊控制器；(4) 模糊控制器將其初始化、模糊控制判斷、模糊控制子程序；(5) 數(shù)字控制芯片中的EP麗口將得到的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路至整流器。
全文摘要
本發(fā)明涉及PWM整流器直流側(cè)電容電壓均壓的模糊控制系統(tǒng)及方法。本發(fā)明是整流器輸入電壓和輸入電流信號(hào)輸送至輸入調(diào)理電路，再至數(shù)字控制芯片中的AD采樣口，整流器輸出電壓信號(hào)輸送至輸出調(diào)理電路，再連接至數(shù)字控制芯片中的AD采樣口，再將上述信號(hào)輸送至雙環(huán)控制器、模糊控制器，再由數(shù)字控制芯片的EPWM口輸出至驅(qū)動(dòng)電路，再連接至整流器。本發(fā)明克服了開環(huán)被動(dòng)控制、滯環(huán)型控制、有源控制和中點(diǎn)電位控制因子(ρ)法各自的缺陷。本發(fā)明通過直流側(cè)兩電容均壓的程度自動(dòng)調(diào)節(jié)控制因子的大小，實(shí)現(xiàn)正、負(fù)小矢量作用時(shí)間自適應(yīng)智能選擇，使直流側(cè)兩電容電壓一致，保證系統(tǒng)動(dòng)、靜態(tài)性能，確保三電平二極管箝位型PWM整流器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)的高功率因數(shù)。
文檔編號(hào)H02M7/217GK101753050SQ200910264170
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者方宇, 邢巖 申請(qǐng)人:揚(yáng)州大學(xué)