三相电压型PWM整流器的模型预测滑模控制*

doi:10.11985/2023.04.007

电气工程学报 ›› 2023, Vol. 18 ›› Issue (4): 58-65.doi: 10.11985/2023.04.007

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三相电压型PWM整流器的模型预测滑模控制^*

徐鹏¹(), 苏鑫¹(), 郭铖¹(), 袁利兵¹, 但远宏²^,³

1.重庆理工大学电气与电子工程学院重庆 400054
2.重庆理工大学计算机科学与工程学院重庆 400054
3.南京理工大学瞬态物理国家重点实验室南京 210094

收稿日期:2023-09-27 修回日期:2023-10-28 出版日期:2023-12-25 发布日期:2024-01-12
通讯作者: 苏鑫，男，1998年生，硕士研究生。主要研究方向为电力电子变换器控制。E-mail：1362074052@qq.com
作者简介:徐鹏，男，1978年生，博士，副教授。主要研究方向为智能控制技术。E-mail：xupeng@cqut.edu.cn
郭铖，男，1998年生，硕士研究生。主要研究方向为电力电子与电机控制。E-mail：1914391998@qq.com
基金资助:
*重庆市科委重点攻关计划(2021CCB03);南京理工大学重点实验室基金(2022-JCJQ-LB-061-07)

Model Predictive Sliding Mode Control for Three-phase Voltage PWM Rectifier

XU Peng¹(), SU Xin¹(), GUO Cheng¹(), YUAN Libing¹, DAN Yuanhong²^,³

1. School of Electrical and Electronic Engineering, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054
2. College of Computer Science and Engineering, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054
3. National Key Laboratory of Transient Physics, Nanjing University of Science & Technology, Nanjing 210094

Received:2023-09-27 Revised:2023-10-28 Online:2023-12-25 Published:2024-01-12

摘要/Abstract

摘要：

三相电压型(Pulse width modulation, PWM)整流器因具有高功率输出、交流侧低电流谐波的特性而被广泛应用于风力发电、新能源汽车等场合。以三相电压型PWM整流器为研究对象，针对传统的模型预测控制(Model predictive PI control, MPPIC)存在算法遍历寻优计算复杂和外环采用PI控制动态响应较慢、抗干扰能力差的问题，设计了模型预测滑模控制(Model predictive sliding mode control, MPSMC)。通过对整流器的工作原理进行分析，建立数学模型，设计了优化的模型预测控制算法，缩短算法的寻优次数，提高了系统稳态性能；同时为了提高系统的鲁棒性，设计了积分滑模控制算法替换外环传统的PI控制。最后，搭建仿真和试验平台，结果得出设计的模型预测滑模控制(MPSMC)相较于传统模型预测PI控制(MPPIC)，具有更强的抗扰动能力和更好的动、静态性能。

关键词: 整流器, 模型预测控制, 滑模控制, 抗扰动

Abstract:

Three-phase voltage type PWM rectifier with high power output, AC side of low current harmonic characteristics, is widely used in wind power generation, new energy vehicles, and other occasions. Taking the three-phase voltage type PWM rectifier as the research object, the model predictive sliding mode control(MPSMC) is designed for the traditional model predictive PI control(MPPIC), which has the problems of algorithm traversal and optimization computation complexity, and the slower dynamic response and poor anti-interference ability of the outer loop using PI control. By analyzing the working principle of the rectifier and establishing a mathematical model, an optimized model prediction control algorithm is designed to shorten the number of algorithm’s optimization searches and improve the system’s steady-state performance. Meanwhile, in order to improve the robustness of the system, an integral sliding mode control algorithm is designed to replace the traditional PI control of the outer loop. Finally, the simulation and experimental platforms are built, and the results conclude that the designed model predictive sliding mode control(MPSMC) has stronger disturbance resistance and better dynamic and static performances than the conventional model predictive PI control(MPPIC).

Key words: Rectifier, model prediction control, sliding mode control, anti-interference

中图分类号:

TM461

徐鹏, 苏鑫, 郭铖, 袁利兵, 但远宏. 三相电压型PWM整流器的模型预测滑模控制^*[J]. 电气工程学报, 2023, 18(4): 58-65.

XU Peng, SU Xin, GUO Cheng, YUAN Libing, DAN Yuanhong. Model Predictive Sliding Mode Control for Three-phase Voltage PWM Rectifier[J]. Journal of Electrical Engineering, 2023, 18(4): 58-65.

图/表 12

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图2

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表1

表2

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参考文献 20

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扇区	非零电压矢量	零电压矢量
Ⅰ	V₁(100)、V₂(110)	V₀(000)/V₇(111)
Ⅱ	V₂(110)、V₃(010)	V₀(000)/V₇(111)
Ⅲ	V₃(010)、V₄(011)	V₀(000)/V₇(111)
Ⅳ	V₄(011)、V₅(001)	V₀(000)/V₇(111)
Ⅴ	V₅(001)、V₆(101)	V₀(000)/V₇(111)
Ⅵ	V₆(101)、V₁(100)	V₀(000)/V₇(111)

参数	数值
直流输出电压V_dc/V	600
交流输入电压e/V	220
交流侧等效电阻R/Ω	0.1
直流侧负载R_L/Ω	40
滤波电感L/mH	5
滤波电容C/μF	3 100
采样周期T_S/μs	50

三相电压型PWM整流器的模型预测滑模控制^*

Model Predictive Sliding Mode Control for Three-phase Voltage PWM Rectifier

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