CN114157169B - 一种基于改进滑模控制的整流器三相进线锁相方法及系统 - Google Patents

一种基于改进滑模控制的整流器三相进线锁相方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于改进滑模控制的整流器三相进线锁相方法，包括如下步骤：S1、对整流器输入端口R、S、T的R、S之间的线电压URS以及S、T之间的线电压UST通过设置采样周期为T进行定时中断采样；S2、通过计算得到三相电压UR、Us、UT；S3、通过坐标变换得到旋转坐标系下的与R相电压同向的Ud以及垂直R相电压方向的Uq；S4、通过滑模控制器的调节输出实际锁相角度。本发明还提供一种基于改进滑模控制的整流器三相进线锁相系统。

Description

一种基于改进滑模控制的整流器三相进线锁相方法及系统
技术领域
本发明涉及高频PWM整流技术领域，尤其涉及一种基于改进滑模控制的整流器三相进线锁相方法及系统。
背景技术
高频整流技术广泛的应用于多种工业场合中，其输入的三相交流电的电压角度一般都是未知的。错误的相序一般会造成整流器损坏或者整流出的直流母线电压波动较大，极大的影响整流器的电压环与电流环的调节，无法满足工业需求。因此传统的解决方法主要为PI控制进行锁相。该方案的问题主要时在电网发生变化时，需要调节的时间较长；或者启动锁相环调节时间过长，影响系统的运行。通过滑模控制替代传统的PI控制，能够确保系统的调节时间快的同时，误差不会过大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种基于改进滑模控制的整流器三相进线锁相方法及系统，以解决电网发生变化时或者系统运行时，传统锁相环需要调节的时间较长，影响系统的运行的问题，本发明至少解决了现有技术中的部分问题。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种基于改进滑模控制的整流器三相进线锁相方法，包括如下步骤：
S1、对整流器输入端口R、S、T的R、S之间的线电压URS以及S、T之间的线电压UST通过设置采样周期为T进行定时中断采样；
S2、通过计算得到三相电压UR、Us、UT；
S3、通过坐标变换得到旋转坐标系下的与R相电压同向的Ud以及垂直R相电压方向的Uq；
S4、通过滑模控制器的调节输出实际锁相角度。
作为优选，在步骤S2中，首先通过公式一UTR＝-(URS+UST)，得到线电压UTR，
其次通过公式二得到三相相电压UR、Us、UT。
作为优选，在步骤S4具体为通过滑模控制器的改进型的滑模控制律得到锁相环的传递函数，通过中断运行传递函数，同时调节滑模控制律的参数使得系统稳定，得到R相电压的相角。
作为优选，改进型的滑模控制律为
其中，s为滑模面；为滑模面的变化率；k为滑模系数，其取值范围为大于0的实数；α为滑模面s的绝对值的指数，其取值范围为大于1的实数；f(s)为改进后的开关函数；e为自然对数的底数；δ为一个小于1的实数；
传递函数为
其中，s、k、α、f(s)、e、δ的意思同上；u为控制量，即角速度的调节量。
作为优选，滑模面s为
其中Uq为坐标变换后的q轴电压值；e(t)为误差；为误差变化率；C为大于0的常数；t为时间。
本发明还提供一种基于改进滑模控制的整流器三相进线锁相系统，包括
采样单元：对整流器输入端口R、S、T的R、S之间的线电压URS以及S、T之间的线电压UST通过设置采样周期为T进行定时中断采样；
计算单元：通过公式一和公式二计算得到整流器输入的三相相电压UR、Us、UT；通过坐标变换得到旋转坐标系下的与R相电压同向的Ud以及垂直R相电压方向的Uq；
处理单元：通过改进型滑模控制器的调节，输出实际锁相角度。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明基于改进滑模控制的整流器三相进线锁相方法，与传统的锁相方法相比，启动时，系统能够快速锁准整流器输入三相电压的R相电压相位，增强系统对电网的抗干扰性。
2、本发明提供的基于改进滑模控制的整流器三相进线锁相系统，能够保持整流器在电网发生变化或者启动锁相动能时正常稳定的工作。
3、本发明易于实现，能够有效的确保安全，可以在获得两路线电压的情况下，通过滑模控制得到输入三相电压中R相电压的角度，确保系统锁相得到的角度的快速性与准确性，增强锁相环的抗干扰性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的基于改进滑模控制的整流器三相进线锁相系统框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例以DSPTMS28335为核心的IGBT中得到验证，设三相交流电源的额定电压为UN，额定频率为f＝50Hz。
图1为本发明实施例的系统框图，它依次包含以下步骤：
基于改进滑模控制的整流器三相进线锁相方法，依次包含
以下步骤：
步骤1，对输入的三相交流线电压信号URS、UST进行采样周期为T的定时中断采样；
步骤2、通过计算得到三相电压UR、Us、UT：
UTR＝-(URS+UST) (1)
步骤3、通过坐标变换得到旋转坐标系下的与R相电压同向的Ud以及垂直R相电压方向的Uq；
步骤4、通过如下的改进型的滑模控制律得到锁相环的传递函数，
改进型的滑模控制律为
其中，s为滑模面；为滑模面的变化率；k为滑模系数，其取值范围为大于0的实数；α为滑模面s的绝对值的指数，其取值范围为大于1的实数；f(s)为改进后的开关函数；e为自然对数的底数；δ为一个小于1的实数；
传递函数为
其中，s、k、α、f(s)、e、δ的意思同上，u为控制量，即角速度的调节量，
通过中断运行传递函数，同时调节滑模控制律的参数(k、α、δ)使得系统稳定，得到R相电压的相角。
滑模面s为
其中Uq为坐标变换后的q轴电压值(Uq意思同上，即Uq为坐标变换得到旋转坐标系下的垂直R相电压方向的Uq)；e(t)为误差；为误差变化率；C为大于0的常数；t为时间。
在上述的基于改进滑模控制的整流器三相进线锁相方法，所述步骤1具体为对整流器输入端口R、S、T的R、S之间的线电压URS以及S、T之间的线电压UST通过设置采样周期为T进行定时中断采样。
在上述的基于改进滑模控制的整流器三相进线锁相方法，所述步骤2具体为首先通过公式1得到线电压UTR。其次通过公式2得到三相相电压UR、Us、UT。
在上述的基于改进滑模控制的整流器三相进线锁相方法，所述步骤3具体为通过坐标变换得到旋转坐标系下的与R相电压同向的Ud以及垂直R相电压方向的Uq。
所述步骤4具体为通过滑模控制器的调节输出实际锁相角度。
在上述的基于改进滑模控制的整流器三相进线锁相方法，所述基于公式3设计的改进型的滑模控制律得到锁相环的传递函数，通过中断运行传递函数，同时调节滑模控制律的参数使得系统稳定，得到R相电压的相角。
实施例2
本发明还提供一种基于改进滑模控制的整流器三相进线锁相系统，依次包含：
采样单元：对输入的三相交流线电压信号URS、UST进行采样周期为T的定时中断采样；
计算单元：通过公式1和公式2计算得到整流器输入的三相相电压UR、Us、UT；通过坐标变换得到旋转坐标系下的与R相电压同向的Ud以及垂直R相电压方向的Uq；
处理单元：通过基于公式3设计的改进型滑模控制器的调节，输出实际锁相角度。
在上述的基于改进滑模控制的整流器三相进线锁相系统，所述采样单元中，具体为对整流器输入端口R、S、T的R、S之间的线电压URS以及S、T之间的线电压UST通过设置采样周期为T进行定时中断采样。
在上述的基于改进滑模控制的整流器三相进线锁相系统，所述计算单元通过公式1和公式2计算得到整流器输入的三相相电压UR、Us、UT；通过坐标变换得到旋转坐标系下的与R相电压同向的Ud与垂直R相电压方向的Uq。
在上述的基于改进滑模控制的整流器三相进线锁相系统，所述处理单元中，具体为通过基于公式3设计的改进型滑模控制器的调节，输出实际锁相角度。
本发明基于改进滑模控制的整流器三相进线锁相方法，与传统的锁相方法相比，启动时，系统能够快速锁准整流器输入三相电压的R相电压相位，增强系统对电网的抗干扰性。
本发明提供的基于改进滑模控制的整流器三相进线锁相系统，能够保持整流器在电网发生变化或者启动锁相动能时正常稳定的工作。
本发明易于实现，能够有效的确保安全，可以在获得两路线电压的情况下，通过滑模控制得到输入三相电压中R相电压的角度，确保系统锁相得到的角度的快速性与准确性，增强锁相环的抗干扰性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于改进滑模控制的整流器三相进线锁相方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、对整流器输入端口R、S、T的R、S之间的线电压URS以及S、T之间的线电压UST通过设置采样周期为T进行定时中断采样；
S2、通过计算得到三相电压UR、Us、UT；
S3、通过坐标变换得到旋转坐标系下的与R相电压同向的Ud以及垂直R相电压方向的Uq；
S4、通过滑模控制器的调节输出实际锁相角度；
在步骤S2中，首先通过公式一UTR＝-(URS+UST)，得到线电压UTR，
其次通过公式二得到三相相电压UR、Us、UT；
在步骤S4具体为通过滑模控制器的改进型的滑模控制律得到锁相环的传递函数，通过中断运行传递函数，同时调节滑模控制律的参数使得系统稳定，得到R相电压的相角；
改进型的滑模控制律为
其中，s为滑模面；为滑模面的变化率；k为滑模系数，其取值范围为大于0的实数；α为滑模面s的绝对值的指数，其取值范围为大于1的实数；f(s)为改进后的开关函数；e为自然对数的底数；δ为一个小于1的实数；
传递函数为
其中，u为控制量，即角速度的调节量；
滑模面s为
其中Uq为坐标变换后的q轴电压值；e(t)为误差；为误差变化率；C为大于0的常数；t为时间。
2.一种采用如权利要求1所述的基于改进滑模控制的整流器三相进线锁相方法的系统，其特征在于：包括
采样单元：对整流器输入端口R、S、T的R、S之间的线电压URS以及S、T之间的线电压UST通过设置采样周期为T进行定时中断采样；
计算单元：通过公式一和公式二计算得到整流器输入的三相相电压UR、Us、UT；通过坐标变换得到旋转坐标系下的与R相电压同向的Ud以及垂直R相电压方向的Uq；
处理单元：通过改进型滑模控制器的调节，输出实际锁相角度。
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