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基于滑模控制的三相电压型PWM整流器的设计
基于滑模控制的三相电压型PWM整流器设计
摘要：
随着电力电子技术的不断发展和应用范围的扩展，三相电压型PWM整流器在各种工业和家庭领域得到广泛应用。为了提高整流器的性能和稳定性，本文提出基于滑模控制方法的三相电压型PWM整流器设计。滑模控制能够在存在系统参数变化和外部扰动的情况下保持整流器的稳定性和鲁棒性。通过对整流器系统的数学建模以及滑模控制器的设计与仿真，本文验证了基于滑模控制的三相电压型PWM整流器的有效性和稳定性。
关键词：三相电压型PWM整流器，滑模控制，鲁棒性，稳定性
引言：
三相电压型PWM整流器是一种常用的电力电子设备，可以将交流电转换为直流电，并通过调节开关器件的控制角度实现对输出电压的调节。然而，由于整流器系统的参数变化和外部扰动等因素的存在，整流器的性能和稳定性常常受到影响。为了提高整流器的性能和稳定性，许多控制方法被提出和应用。滑模控制作为一种常用的控制策略，在控制系统中得到了广泛应用。本文将基于滑模控制方法设计三相电压型PWM整流器，通过对系统的数学建模以及滑模控制器的设计与仿真，验证基于滑模控制的整流器设计在提高性能和稳定性方面的有效性。
整流器系统的数学建模：
首先，我们对整流器系统进行数学建模。整流器系统由大电感和电容滤波器组成，输入端接入三相电压，输出端为负载电阻。整流器系统的动态方程可以由下式表示：
di/dt=1/L(V-Ldi/dt)
其中，i是电感电流，L是电感的电感值，V是输入电压。
通过对整流器系统的数学建模，可以得到整流器系统的状态空间表达式，用于后续滑模控制器的设计和仿真。
基于滑模控制的整流器设计：
滑模控制器的设计是基于系统模型和控制要求的基础上进行的。在设计滑模控制器时，首先需要选择合适的滑模面，并确保该滑模面在整个状态空间范围内都能够满足要求。
在本文中，我们选择了三相电流作为滑模面，滑模面的表达式如下：
s=i-i*
其中，i代表实际三相电流值，i*代表期望三相电流值。
然后，我们设计滑模控制器，通过调节滑模面使得系统状态在滑模面上滑动，从而实现对整流器系统的控制。滑模控制器的设计满足以下两个条件：
1.滑模面滑动，即系统状态变化速度在滑模面内。
2.滑模面在整个状态空间范围内都能够满足控制要求。
为了满足上述条件，我们设计了滑模控制器如下：
u=-k*sign(s)
其中，u是控制信号，k是控制器增益，sign()函数是符号函数。
仿真与结果分析：
通过对整流器系统进行数学建模以及滑模控制器的设计，我们进行了仿真实验，并对结果进行了分析。
首先，我们通过MATLAB/Simulink软件进行了整流器系统的建模和仿真。通过改变参数和外部扰动，我们验证了滑模控制器对系统的稳定性和鲁棒性。仿真结果表明，基于滑模控制的三相电压型PWM整流器能够在系统参数变化和外部扰动的情况下保持稳定性和鲁棒性。
然后，我们对基于滑模控制的整流器系统进行了性能分析。通过对输出电压和电流的波形分析，我们发现基于滑模控制的整流器较传统控制方法具有更好的响应速度和动态性能。滑模控制器能够在变化的工作负载和参数变化的情况下快速响应，并保持输出电压和电流的稳定性。
结论：
本文设计了基于滑模控制的三相电压型PWM整流器。通过对整流器系统的数学建模以及滑模控制器的设计和仿真，验证了基于滑模控制的整流器设计在提高性能和稳定性方面的有效性。滑模控制器能够在系统参数变化和外部扰动的情况下保持整流器的稳定性和鲁棒性。基于滑模控制的整流器具有更好的响应速度和动态性能，能够在变化的工作负载和参数变化的情况下快速响应，并保持输出电压和电流的稳定性。因此，基于滑模控制的整流器设计具有较大的应用潜力。
参考文献：
[1]藏明华,曹凤涛,黄长洪,等.基于滑模控制的三相有源电压型PWM整流器设计[J].电力系统自动化,2012,36(13):89-93.
[2]杨波.基于滑模控制的三相有源电压型PWM整流器的研究[D].电子科技大学,2018.