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基于预测前馈PI控制的单相PWM整流器的研究胡治国;王飞;李向前【摘要】为了减小单相电压型PWM整流器直流侧输出电压的响应时间和超调,提高系统的稳定性,在结合传统控制策略优点的基础上,设计了一种基于旋转d-q旋转坐标系的前馈解耦和预测前馈PI联合控制策略.通过构建虚拟正交电流分量实现网侧电流的单相旋转坐标变换和采用前馈解耦控制,对网侧电流性能指标的改善,并采样直流侧电压相邻时间段的差值与电流的乘积实现预测前馈PI控制.仿真结果表明,预测前馈PI控制策略能够减少系统的响应时间、超调、改善系统的稳态性能以及抗干扰能力,并得到单位功率因数和较小THD网测电流下运行的直流侧电压波形,从而证明本文设计的控制方案的可行性和正确性.【期刊名称】《制造业自动化》【年(卷),期】2018(040)006【总页数】5页(P11-15)【关键词】单位功率因数;单相电压型PWM整流器;预测前馈【作者】胡治国;王飞;李向前【作者单位】河南理工大学电气工程与自动化学院,焦作 454000;河南理工大学电气工程与自动化学院,焦作 454000;广东珠海格力电器股份有限公司,珠海 519000【正文语种】中文【中图分类】TM4610 引言近年来，PWM整流器在工业和民用方面的用途愈加广泛，随之而来的如何减少各种能量损耗的研究越来越多。
单相电压型PWM整流器由于其诸多优点，如谐波含量少、运行功率接近单位功率因数、可以在电网与用户之间实现双向能量流动等[1,14]。
其中，单相电压型PWM整流器在可再生能源的研究中有着举足轻重的地位，其相应控制方式的研究也随之成为热门。
在单相电压型PWM整流器系统控制策略研究中，直流侧负载的改变和电网侧电压纹波会对直流侧输出电压的稳定性和快速动态响应产生较大的影响，而直流侧直流母线电压稳态特性和快速响应能力是衡量单相PWM整流器系统控制方法优劣及输出波形质量好坏的两个重要方面[6]。
所以提高整流器控制系统抗扰动能力和提升动态响应速度有着非常重要的意义[8,14,15]。
抗饱和PID在无刷直流电机调速系统中的应用摘要在运动控制系统中，电机转速控制占有至关重要的作用，其控制算法和手段有很多，模拟PID控制是最早发展起来的控制策略之一，长期以来形成了典型的结构，并且参数整定方便，能够满足一般控制的要求，但由于在模拟PID控制系统中，参数一旦整定好后，在整个控制过程中都是固定不变的，而在实际中，由于现场的系统参数、温度等条件发生变化，使系统很难达到最佳的控制效果，因此采用模拟PID 控制器难以获得满意的控制效果。
随着计算机技术与智能控制理论的发展，数字PID 技术渐渐发展起来，它不仅能够实现模拟PID所完成的控制任务，而且具备控制算法灵活、可靠性高等优点，应用面越来越广。
本设计以上面提到的数字PID为基本控制算法，以AT89S51单片机为控制核心，产生占空比受数字PID算法控制的PWM脉冲实现对直流电机转速的控制。
同时利用光电传感器将电机速度转换成脉冲频率反馈到单片机中，实现转速闭环控制，达到转速无静差调节的目的。
在系统中采128×64LCD显示器作为显示部件，通过4×4键盘设置P、I、D、V四个参数和正反转控制，启动后可以通过显示部件了解电机当前的转速和运行时间。
该系统控制精度高，具有很强的抗干扰能力。
关键词：数字PID；PWM脉冲；占空比；无静差调节In the motion control system,the control of electromotor's rotate speed is of great importance,there are a lot of speed control arithmetics and methods ,the analog PID control is one of the earliest developed control policies which has formed typical structure ,its parametric setting is convenient and it's easy to meet normal control's demand,but as the whole control process is fixed once the parameter has been set while practically the changes of those conditions like the system parameters and temperature of the environment prohibit the system from reaching its best control effect,so the analog PID controller barely has satisfied effect.With the development of computer technology and intelligent control theory ,the digital PID technology is thriving which can achieve the analog PID's control tasks and consists of many advantages like flexible control arithmetics and high reliability,it is widely used now.This design is based on the digital PID mentioned above as basic control arithmetic and AT89S51 SCM as control core,the system produces PWM impulse whose duty ratio is controlled by digital PID arithmetic to make sure the running of direct current machine's rotate speed.Meanwhile,the design uses photoelectric sensor to transduce the electromotor speed into impulse frequency and feed it back to SCM,this process implements rotate speed's closed loop control to attain the purpose of rotate speed's astatic modulation.In this system, the 128×64LCD is used as display unit , the 4×4 keyboard sets those four parameters P、I、D、V and obverse and reverse control,after starting up,the display unit shows the electromotor's current rotate speed and runtime.The system has great control precision and anti-jamming capability.Keywords：digital PID；PWM impulse；dutyfactor；astatic modulation摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)前言 (1)1PID算法及PWM控制技术简介 (7)1.1PID算法 (7)1.2P W M脉冲控制技术 (12)2设计方案与论证 (15)2.1系统设计方案 (15)2.2控制器模块设计方案 (16)2.3电机驱动模块设计方案 (17)2.4速度采集模块设计方案 (17)2.5显示模块设计方案 (18)2.6键盘模块设计方案 (18)2.7电源模块设计方案 (19)3单元电路设计 (19)3.1硬件资源分配 (19)3.2电源电路设计 (20)3.3电机驱动电路设计 (20)3.4电机速度采集电路设计 (21)3.5显示电路设计 (22)3.6键盘电路设计 (23)4软件设计 (24)4.1算法实现 (24)4.2程序流程 (25)4.3系统Proteus仿真 (30)5系统测试与分析 (31)结论 (34)参考文献 (35)附录Ⅰ部分源程序 (36)附录Ⅱ系统原理图 (52)附录ⅢPCB图 (54)附录Ⅳ元件清单 (57)致谢 (58)前言21世纪，科学技术日新月异，科技的进步带动了控制技术的发展，现代控制设备的性能和结构发生了翻天覆地的变化。
基于单神经元自适应PI的PWM整流器控制李梅;李岚【摘要】根据三相电压型PWM整流器的基本结构及数学模型，推出以电网电压定向的矢量控制方法，在Matlab环境下搭建了三相PWM整流器控制系统仿真模型。
将单神经元自适应PI控制引入到系统中，用S函数实现了单神经元自适应PI 控制算法，对基于单神经元自适应PI控制算法与基于普通PI控制算法的三相PWM整流器系统分别进行了特性仿真，结果表明，基于单神经元自适应Pl控制算法的三相PWM整流器系统不仅能满足系统控制要求，而且具有较好的动态响应能力和抗扰能力。
【期刊名称】《电气技术》【年(卷),期】2011(000)006【总页数】5页(P4-8)【关键词】整流器;数学模型;单神经元自适应PI;仿真【作者】李梅;李岚【作者单位】太原理工大学计算机与软件学院，太原030024;太原理工大学计算机与软件学院，太原030024【正文语种】中文三相PWM整流器具有输入功率因数可调及能量可以双向流动等优点，已被广泛应用于无功补偿、有源电力滤波、高压直流输电及太阳能、风能等可再生能源的并网发电等控制中，通常的三相PWM整流器控制方法是采用基于系统精确数学模型的电网电压定向矢量控制。
由于三相PWM 整流器本身是一个强耦合、非线性系统，很难求出其精确的数学模型，为了进一步提高系统的性能，将不依赖系统精确数学模型的智能控制技术引入到三相PWM整流器控制系统，这是目前三相电压型PWM整流器系统的发展方向之一[1-2]。
本文根据三相电压型PWM整流器的基本结构及PWM整流器的数学模型，推出以电网电压定向的矢量控制方法，在Matlab环境下搭建了三相PWM整流器控制系统仿真模型。
将单神经元自适应PI控制算法引入到矢量控制系统电压环中，用S函数实现了单神经元自适应PI控制算法，对基于单神经元自适应PI控制算法的系统进行了仿真，结果表明，系统能满足三相PWM整流器控制要求；与基于普通PI控制算法的系统仿真结果进行了比较，证明基于单神经元自适应PI控制算法的系统具有较好的动态跟随性和抗扰性。
最新型三相P W M整流器双闭环P I调节器的设计摘要：通过分析三相脉宽调制(P W M)整流器在D-Q旋转坐标系下的数学模型，设计了具有前馈解耦控制的P W M整流器双闭环控制系统。
根据系统对电流内环的控制要求设计电流比例积分(P I)调节器，提出按闭环幅频特性峰值(M r)最小准则来确定调节器参数的方法;根据系统对电压外环的控制要求，采用模最佳整定法来设计电压P I调节器。
最后对整个P W M整流器双闭环控制系统进行仿真，仿真结果验证了P I调节器设计的正确性。
0引言P W M整流技术在抑制谐波及无功补偿方面有很强的优势，具有网侧电流输入接近正弦，网侧功率因数可控，能量双向传输，动态响应速度快等优点。
目前广泛采用的是基于电压定向的P W M整流器。
电压型P W M整流器要控制的变量有两个，一是整流器的直流电压输出，二是整流器的输入电流，基于D-Q坐标变换的矢量控制通过对P W M整流器有功和无功电流控制，达到控制输入电流的目的。
因此，如何合理的设计控制两个变量的调节器参数以保证在电源电压波动范围内能实现良好的控制性能很重要。
本文在分析P W M整流器工作原理和数学模型基础上，建立前馈解耦控制系统框图，提出电流环和电压环P I调节器参数设计方法，并给出S i mu l i n k仿真结果。
1P W M整流器工作原理及数学模型三相P W M整流器主电路如图(1)所示，E a，E b，E c为电源电压，U a，U b，U c为整流器整流侧输出电压，其中整流器交流侧输入电感L起到滤波和升高直流电压的作用，直流侧电容C作为储能元件并起到稳压作用。
三相P W M整流器在D2q坐标系下的数学模型为:图1P W M整流器电路结构由上式，同步旋转坐标系中，以D轴电源电压矢量定向(矢量图如图2，把对电网相电流的控制转化为对电流I s在D轴和Q轴的直流分量的控制，从而简化了P W M整流系统控制器的设计)的P W M整流器模型为:式中，Ω为旋转角速度;S d，S q为开关函数。
基于模糊PI控制的PWM整流器设计邵泽龙;石明全;韩震峰【摘要】针对双闭环矢量控制的三相电压型PWM整流器难以用准确的数学模型描述、以及通过其简化的数学模型求得的PI参数需要实验整定的问题,提出了基于模糊PI控制器的新型智能化控制方法.与传统的PI控制方法相比,该方法不仅实现了PI参数的自整定,还使系统具有更好的响应性能、更高的稳定性及鲁棒性.利用Matlab/Simulink工具箱建立了基于模糊PI控制器的整流器仿真模型,并通过仿真实例对此设计方法进行了实验验证.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2016(040)001【总页数】4页(P177-179,206)【关键词】PWM整流器;双闭环控制;模糊PI控制;参数整定;仿真【作者】邵泽龙;石明全;韩震峰【作者单位】中国科学院重庆绿色智能技术研究院,重庆400714;中国科学院重庆绿色智能技术研究院,重庆400714;中国科学院重庆绿色智能技术研究院,重庆400714【正文语种】中文【中图分类】TM461三相电压型PWM整流器具有功率因数高、电流畸变小、能量双向流动等优点，被广泛应用于电机驱动、蓄电池充放电和风力发电等场合，其控制方法多种多样，有电压控制、电流控制、功率控制等。
在各种控制方式中，以电压反馈作外环加上电流反馈作内环的双闭环控制结构最为普遍[1]。
此种控制方案具有控制结构较为简单、动态响应快、控制精度高、对网侧参数不敏感等优点[2]。
但是，整流器的内部电压、电流转换过程难以用精确的数学模型表达。
而一些文献通过整流器的简化数学模型得到的理论PI参数值在实际应用中并不能得到理想的实验结果[3]。
模糊控制是一种新型智能控制策略，它不要求精确掌握被控对象的数学模型，而是根据实验人员的操作经验形成控制规则，在线实时调节控制对象以达到良好的输出响应[4]，不仅具有常规PI控制精度高、速度快的特点，也具有适应性强、鲁棒性高的特点。
本文简要介绍了三相电压型PWM整流器的工作原理，概括了控制器PI参数的理论计算方法，结合模糊控制与常规PI控制建立了基于模糊PI控制的整流器仿真模型，通过仿真实例验证了该设计方法的正确性和有效性。
PWM整流器PI参数设计一、本文概述随着电力电子技术的快速发展，脉冲宽度调制（PWM）整流器在电力系统中得到了广泛应用。
PWM整流器以其高效、稳定和可控的特点，成为现代电能质量管理和电机驱动领域的重要组成部分。
PI参数设计作为PWM整流器控制策略中的关键环节，对整流器的性能和稳定性起着至关重要的作用。
本文旨在探讨PWM整流器PI参数设计的基本原理、方法及其在实际应用中的优化策略。
本文将简要介绍PWM整流器的基本原理及其在现代电力系统中的应用背景。
接着，重点分析PI参数设计在PWM整流器控制中的重要性，并详细阐述PI参数设计的基本原理和方法，包括比例系数和积分系数的选取原则、参数调整策略等。
还将探讨PI参数设计过程中需要考虑的关键因素，如系统稳定性、动态响应速度以及抗干扰能力等。
本文将结合实际应用案例，分析PI参数设计在实际应用中的优化策略，为PWM整流器的设计与应用提供有益的参考。
通过本文的研究，旨在为相关领域的研究人员和工程师提供PWM整流器PI参数设计的理论支持和实践指导，推动PWM整流器技术的进一步发展。
二、PWM整流器的基本原理PWM整流器，即脉冲宽度调制整流器，是一种先进的电力电子装置，其基本原理是通过对输入电流的脉冲宽度进行调制，实现输入电流波形与电网电压波形的同步，并使其接近正弦波，从而实现高功率因数整流。
PWM整流器通常采用三相桥式电路结构，包括六个开关管，每个开关管由一个绝缘栅双极晶体管（IGBT）或其他类型的全控型器件组成。
通过对这些开关管进行适当的控制，可以实现对输入电流的精确控制。
PWM整流器的工作原理可以分为两个阶段：整流阶段和逆变阶段。
在整流阶段，PWM整流器将输入的交流电转换为直流电，同时实现对输入电流的精确控制。
在逆变阶段，PWM整流器将直流电逆变为交流电，以供给负载使用。
为了实现输入电流的高功率因数，PWM整流器需要采用适当的控制策略。
其中，PI控制是一种常见的控制策略，它通过对输入电流的误差进行积分和比例运算，生成控制信号，从而实现对输入电流的精确控制。
电压型PWM整流器PI参数整定张蕊萍;陈志强【摘要】单相电压型PWM整流器(VSR)滞环电流控制的PI调节器参数整定是一项极其重要却又十分依赖经验的工作,在建立数学模型的基础上应用Matlab/Simulink研究了PI调节器参数对直流侧电压响应的影响,总结出PI调节器各个参数对直流侧电压响应的影响规律,提出了一种简单实用的PI参数整定方法.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2014(038)005【总页数】2页(P941-942)【关键词】PWM整流器;滞环控制;PI参数整定【作者】张蕊萍;陈志强【作者单位】兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州730070;兰州交通大学自动化与电气工程学院,甘肃兰州730070【正文语种】中文【中图分类】TM461电压型PWM整流器(VSR)由于具有网侧电流谐波含量小、功率因数高、电能可双向传输、动态响应快等优点，被广泛应用于交流传动系统，其控制系统常采用电流内环和电压外环的双闭环滞环电流控制方案。
该控制方案中PI控制器参数需要协调才能获得良好的暂态和稳态响应性能。
针对以上问题提出的计算方法和改进算法都是在多种简化假定的基础上获得的，依据它们得到的PI参数组合，只能作为设计的一个起点，却不能指望它们本身给出理想的仿真波形。
所以必须在这些理论计算的基础上，对PI参数作进一步的整定，才有可能得到满意的结果。
本文提出了一种滞环电流控制的PI计算方法，在此基础上在Matlab/Simulink环境中对基于双闭环单相电压型PWM整流器进行了大量的PI参数性能测试和分析工作，从而提出了PI参数整定的方法，并通过仿真波形验证了其有效性。
单相电压型PWM整流器的主电路拓扑结构如图1所示。
它采用了具有4个功率开关管的H桥结构，IGBT和续流二极管并联作为桥臂开关器件。
如果不考虑单相VSR桥路损耗，且系统运行于单位功率因数整流状态时，桥路输入输出功率平衡方程为：式中：s表示电网电动势有效值；s表示网侧电流有效值。
基于PI重复控制的三相整流器研究徐敏锐;杨世海;卢树峰;孙军【摘要】传统PI控制器算法简单实用、动态响应速度较快,但无法实现无静差控制且稳态性能不理想.重复控制器可以实现对交流信号无静差跟踪、有效抑制谐波,但其控制具有滞后性、动态性能较差.采用PI控制和重复控制相结合的复合控制策略,以TMS320F28335DSP为核心设计一台6 kVA三相电压型PWM整流器样机.实验结果表明该方法在抑制电流谐波方面作用明显,能够提高系统的稳态精度和动态性能.【期刊名称】《湖北工业大学学报》【年(卷),期】2016(031)002【总页数】4页(P77-80)【关键词】PWM整流器;PI控制;重复控制;稳态精度【作者】徐敏锐;杨世海;卢树峰;孙军【作者单位】江苏省电力公司电力科学研究院,江苏南京210097;江苏省电力公司电力科学研究院,江苏南京210097;江苏省电力公司电力科学研究院,江苏南京210097;武汉磐电科技有限公司,湖北武汉,430056【正文语种】中文【中图分类】TM464目前，许多电力电子装置和实验调试场合需要高性能的直流电源，传统的直流电源大多采用不控整流或相控整流，在稳定性、谐波、精度等性能方面无法达到要求。
近年来业界重点关注和研究的三相PWM整流器具有输入电流谐波含量低、功率因数可控、动态响应较快等优点，现已替代传统直流电源大量应用于对电源性能要求较高的场合[1-2]。
随着科技的进步，整流器的控制策略从简单的开环控制发展到近年来成熟的数字PI控制、重复控制、滞环控制等新型控制策略，整流器的性能也得到大幅改善，特别是在降低输入电流谐波和提高系统稳态精度方面。
三相PWM整流器常采用数字PI控制，其实现容易、动态性能较好、参数的选定比较简单，但数字PI控制由于自身特性，缺乏有效降低电流谐波的能力，产生的稳态误差也较大[3]。
为了进一步改善三相PWM整流器性能，本文利用重复控制能够有效抑制稳态误差以及降低谐波的特性，结合PI控制和重复控制两种控制策略各自优点，提出一种基于PI控制和重复控制的三相PWM整流器复合控制策略，该控制方案能够有效提高系统的动态性能以及稳态精度，降低各低频次电流谐波含量[4]。
