CN114865932A - 脉冲负载供电系统及控制方法 - Google Patents

脉冲负载供电系统及控制方法 Download PDF

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CN114865932A CN202210788671.3A CN202210788671A CN114865932A CN 114865932 A CN114865932 A CN 114865932A CN 202210788671 A CN202210788671 A CN 202210788671A CN 114865932 A CN114865932 A CN 114865932A
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Abstract

脉冲负载供电系统及控制方法，解决了如何在脉冲负载工况切换时快速稳定输出电压及工况稳定时降低交流电源输出电流谐波的问题，属于电力电子控制领域。本发明包括交流电源、PWM整流器、DC‑DC变换器和控制器；控制器包括变换模块、电流环、线性自抗扰控制器LADRC、自适应模块、空间矢量脉宽调制模块SVPWM；本发明将LADRC中的线性误差反馈控制器的控制参数取为单一控制参数ω c的函数，通过自适应模块动态更新该控制参数，实现LADRC的控制性能随脉冲负载供电系统的工作状态动态调整；脉冲负载工况切换时迅速提高其电压跟踪性能以快速稳定输出电压，工况稳定后自适应平滑增强PWM整流器输出三相电流谐波抑制性能。

Description

脉冲负载供电系统及控制方法
技术领域
本发明涉及一种脉冲负载供电系统及控制方法，属于电力电子控制领域。
背景技术
随着现代信息技术和电子技术的发展以及装备要求的日益提高，以相控阵雷达作为典型的负载呈现出脉冲性、高频性、高功率瞬变、复杂多工况切换等特点。针对脉冲负载工作特性，传统的脉冲负载供电系统由三相交流电源、不控整流器、DC-DC变换器、负载侧储能电容和脉冲负载构成，负载侧储能电容能一定程度上实现负载功率解耦，减小整流器输出功率波动，但不控整流器输出功率存在负载脉冲频率的谐波，导致三相电流谐波污染严重，且工况发生改变时无法快速稳定输出电压。
相较不控整流器，PWM整流器具有优良的输入输出性能，通过有效的整流控制可抑制三相电流谐波及提高电压稳定速度，但在传统的电压电流PI双闭环控制下，实现工况切换时电压快速稳定需要电压控制器有较高的截止频率，实现工况稳定时三相电流低谐波则需要电压控制器对输出电容电压的波动增益较小，即截止频率相对较低，因而传统的电压电流PI双闭环控制无法实现脉冲负载工况发生变化时快速稳定输出电压和工况稳定时降低交流电源输出三相电流谐波的控制目标。
目前已有的技术方案包括电源匹配网络、储能电容、超级电容、双向Buck/Boost变换器及其控制电路，采用双向变换器与超级电容相结合，解决脉冲负载与供电电源的适应性问题，使得系统具有快速的输出电压动态响应。但上述装置仅能实现脉冲负载发生改变时快速稳定输出电压，无法实现在脉冲负载工况稳定时降低交流电源输出电流谐波、降低脉冲负载对交流电源的谐波污染。
发明内容
针对如何在脉冲负载工况切换时快速稳定输出电压及工况稳定时降低交流电源输出电流谐波的问题，本发明提供一种脉冲负载供电系统及控制方法。
本发明的一种脉冲负载供电系统，所述系统包括交流电源、PWM整流器、DC-DC变换器和控制器；交流电源、PWM整流器、DC-DC变换器、脉冲负载依次连接；
控制器包括变换模块、电流环、线性自抗扰控制器LADRC、自适应模块、空间矢量脉宽调制模块SVPWM；
交流电源与变换模块连接，交流电源的输出电流I abc输入至变换模块，经变换模块后输出d轴电流i d、q轴电流i q，交流电源的输出电压U abc输入至变换模块，经变换模块后输出d轴电压u d和q轴电压u q；
电流环同时与变换模块、线性自抗扰控制器LADRC、自适应模块和空间矢量脉宽调制模块SVPWM连接，
变换模块输出的d轴电流i d、q轴电流i q、d轴电压u d、q轴电压u q、线性自抗扰控制器LADRC输出的d轴电流给定值i d_ref同时输入至电流环，电流环根据输出电流I abc、输出电压U abc和d轴电流给定值i d_ref获得电压信号，并输出给空间矢量脉宽调制模块SVPWM，经空间矢量脉宽调制模块SVPWM调制成三相开关控制信号后再输入至PWM整流器；
线性自抗扰控制器LADRC同时与自适应模块和PWM整流器连接，自适应模块输出的控制参数ω c、PWM整流器的输出电压V o、参考值V o_ref同时输入至线性自抗扰控制器LADRC，线性自抗扰控制器LADRC根据控制参数ω c、参考值V o_ref、输出电压V o获得d轴电流给定值i d_ref，并输出d轴电流给定值i d_ref；参考值V o_ref为输出电压V o的参考值；
控制参数ω c为线性自抗扰控制器LADRC中线性误差反馈控制器LSEF的单一控制参数；
自适应模块同时与PWM整流器连接，线性自抗扰控制器LADRC输出的d轴电流给定值i d_ref、PWM整流器的输出电压V o、参考值V o_ref同时输入至自适应模块，自适应模块根据d轴电流给定值i d_ref、输出电压V o、参考值V o_ref获得控制参数ω c，并输出控制参数ω c；
自适应模块输出的控制参数ω c为：
Figure 907493DEST_PATH_IMAGE001
其中，中间变量
Figure 789999DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 955532DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 898080DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 398331DEST_PATH_IMAGE005
分别表示控 制参数
Figure 818949DEST_PATH_IMAGE006
的上限和下限，
Figure 603103DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 716552DEST_PATH_IMAGE008
均为可调参数，x表示等效输入参数，
Figure 704100DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 928408DEST_PATH_IMAGE010
表示i d_ref的导数，K表示倍率，
Figure 802954DEST_PATH_IMAGE011
表示开
Figure 87305DEST_PATH_IMAGE007
次方根。
作为优选，选取倍率K的值，使得
Figure 562148DEST_PATH_IMAGE010
的数量级与
Figure 590147DEST_PATH_IMAGE012
的数量级相同。
作为优选，选取上限
Figure 83314DEST_PATH_IMAGE004
，使得脉冲负载工况切换时输出电压V o的均值在80ms内 稳定在
Figure 272987DEST_PATH_IMAGE013
伏以内。
作为优选，选取下限
Figure 235127DEST_PATH_IMAGE005
，使得脉冲负载工况稳定时PWM整流器输出三相电流的 总谐波畸变率THD小于2%。
作为优选，选取可调参数x 0、 k 0，使得从脉冲负载工况切换到脉冲负载工况稳定的过 程中，控制参数
Figure 801238DEST_PATH_IMAGE006
由0.95
Figure 915955DEST_PATH_IMAGE004
以S型曲线平滑地变化至
Figure 276529DEST_PATH_IMAGE005
+0.05
Figure 725965DEST_PATH_IMAGE004
，且过渡时间不 超过400ms，且当控制参数
Figure 95767DEST_PATH_IMAGE006
≥
Figure 297947DEST_PATH_IMAGE014
时，控制参数
Figure 95002DEST_PATH_IMAGE006
的变化率≥
Figure 766154DEST_PATH_IMAGE015
， 当控制参数
Figure 939647DEST_PATH_IMAGE016
时，控制参数
Figure 763377DEST_PATH_IMAGE006
的变化率绝对值≤
Figure 731333DEST_PATH_IMAGE017
。
本发明还提供一种脉冲负载供电系统的控制方法，脉冲负载供电系统包括交流电源、PWM整流器和DC-DC变换器；交流电源、PWM整流器、DC-DC变换器、脉冲负载依次连接；所述控制方法包括：
S1、采集交流电源的输出电流I abc和输出电压U abc，对输出电流I abc进行变换，得到d轴电流i d和q轴电流i q；对输出电压U abc进行变换，得到d轴电压u d和q轴电压u q，采集PWM整流器的输出电压V o；
S2、将d轴电流i d、q轴电流i q、d轴电压u d和q轴电压u q及d轴电流给定值i d_ref输入至电流环，电流环输出电压信号至空间矢量脉宽调制模块SVPWM，经空间矢量脉宽调制模块SVPWM调制成三相开关控制信号S a、S b、S c后再输入至PWM整流器；
所述d轴电流给定值i d_ref的获取方法包括：
控制参数
Figure 889782DEST_PATH_IMAGE006
为线性自抗扰LADRC方法中线性状态误差反馈律LSEF的单一控制参 数；
获取控制参数
Figure 601386DEST_PATH_IMAGE006
：
Figure 778159DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 917016DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 562761DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 812477DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 610799DEST_PATH_IMAGE005
分别表示控制参数
Figure 920558DEST_PATH_IMAGE006
的上限和下限，
Figure 53599DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 107006DEST_PATH_IMAGE008
均为可调参数，x表示等效输入参数，
Figure 258370DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 739030DEST_PATH_IMAGE010
表示表i d_ref的导数，K表示倍率，
Figure 93788DEST_PATH_IMAGE011
表示开
Figure 950886DEST_PATH_IMAGE007
次方根；
根据控制参数ω c、PWM整流器的输出电压V o、参考值V o_ref，利用线性自抗扰LADRC方法，获得d轴电流给定值i d_ref；参考值V o_ref为输出电压V o的参考值。
本实施方式的控制方法还包括：
调整倍率K的值，使得
Figure 458222DEST_PATH_IMAGE010
的数量级与
Figure 109783DEST_PATH_IMAGE012
的数量级相同；
调整上限
Figure 217416DEST_PATH_IMAGE004
，使得脉冲负载工况切换时电压V o的均值在80ms内稳定在
Figure 612625DEST_PATH_IMAGE013
伏以内；
调整下限
Figure 473003DEST_PATH_IMAGE005
，使得脉冲负载工况稳定时PWM整流器输出三相电流的总谐波畸变 率THD小于2%；
调整可调参数x 0、 k 0，使得从脉冲负载工况切换到脉冲负载工况稳定的过程中，控 制参数
Figure 561045DEST_PATH_IMAGE006
由0.95
Figure 890395DEST_PATH_IMAGE004
以S型曲线平滑地变化至
Figure 89295DEST_PATH_IMAGE005
+0.05
Figure 305644DEST_PATH_IMAGE004
，且过渡时间不超过 400ms，且当控制参数
Figure 564587DEST_PATH_IMAGE006
≥
Figure 381233DEST_PATH_IMAGE014
时，控制参数
Figure 118245DEST_PATH_IMAGE006
的变化率≥
Figure 953215DEST_PATH_IMAGE015
，当控 制参数
Figure 383059DEST_PATH_IMAGE016
时，控制参数
Figure 421422DEST_PATH_IMAGE006
的变化率绝对值≤
Figure 962125DEST_PATH_IMAGE017
。
本发明的有益效果，本发明通过对脉冲负载下的PWM整流器进行控制，基于PWM整流器输出电压和线性自抗扰控制器LADRC输出的d轴电流给定值可计算得到动态变化的自适应控制参数，从而自适应地调整线性自抗扰控制器LADRC的控制性能，进而实现脉冲负载工况发生变化时快速稳定输出电压以及工况稳定时平滑降低交流电源输出三相电流谐波的控制目标，有效提高脉冲负载系统的动态性能、降低脉冲负载对交流电源的谐波污染；
本发明相较其他控制方法，能有效提高脉冲多工况切换时供电系统的动态性能、降低脉冲负载对交流电源的谐波污染，且控制方法简单有效。
附图说明
图1为本发明的结构图；
图2为本发明的自适应模块的函数曲线图；
图3为本发明的自适应模块输出的控制参数的仿真结果；
图4为本发明的PWM整流器输出电压的仿真结果；
图5为本发明的PWM整流器输出电流的总谐波畸变率仿真结果。
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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
具体实施方式一、本实施方式的脉冲负载供电系统，包括交流电源、PWM整流器、DC-DC变换器和控制器；交流电源、PWM整流器、DC-DC变换器、脉冲负载依次连接；
控制器包括变换模块、电流环、线性自抗扰控制器LADRC、自适应模块、空间矢量脉宽调制模块SVPWM；
交流电源与变换模块连接，交流电源的输出电流I abc输入至变换模块，经变换模块后输出d轴电流i d、q轴电流i q，交流电源的输出电压U abc输入至变换模块，经变换模块后输出d轴电压u d和q轴电压u q；如图1所示，
本实施方式的变换模块包括变换器abc-dq和锁相环PLL，交流电源的输出电压U abc输入至锁相环PLL，经锁相环PLL后输出d轴电压u d和q轴电压u q及参考相位ωt，交流电源的输出电流I abc输入至dq变换器abc-dq，在参考相位ωt下进行dq变换，经dq变换器abc-dq进行坐标变换后输出d轴电流i d、q轴电流i q；
电流环同时与变换模块、线性自抗扰控制器LADRC、自适应模块和空间矢量脉宽调制模块SVPWM连接，变换模块输出的d轴电流i d、q轴电流i q、d轴电压u d、q轴电压u q、线性自抗扰控制器LADRC输出的d轴电流给定值i d_ref同时输入至电流环，电流环根据输出电流I abc、输出电压U abc和d轴电流给定值i d_ref获得电压信号，并输出给空间矢量脉宽调制模块SVPWM，经空间矢量脉宽调制模块SVPWM调制成三相开关控制信号S a、S b、S c后再输入至PWM整流器；
线性自抗扰控制器LADRC同时与自适应模块和PWM整流器连接，自适应模块输出的控制参数ω c、PWM整流器的输出电压V o、参考值V o_ref同时输入至线性自抗扰控制器LADRC，线性自抗扰控制器LADRC根据控制参数ω c、参考值V o_ref、输出电压V o获得d轴电流给定值i d_ref，并输出d轴电流给定值i d_ref；参考值V o_ref为输出电压V o的参考值；
控制参数ω c为线性自抗扰控制器LADRC中线性误差反馈控制器LSEF的单一控制参数；
本实施方式的线性自抗扰控制器LADRC如图1所示，在保证线性自抗扰控制器LADRC中的线性扩张状态观测器LESO的跟踪性能的前提下，将线性自抗扰控制器LADRC中的线性误差反馈控制器LSEF的控制参数设定为单一控制参数ω c的函数，使得调节控制参数ω c即可改变线性误差反馈控制器LSEF的性能，进而改变线性自抗扰控制器LADRC的控制性能，然后通过线性误差反馈控制器LSEF计算得到其输出参数u 0；
线性误差反馈控制器LSEF的数学表达式为：
Figure 418645DEST_PATH_IMAGE018
式中，y 1、y 2为线性扩张状态观测器LESO的第1、第2输出变量；
自适应模块同时与PWM整流器连接，线性自抗扰控制器LADRC输出的d轴电流给定值i d_ref、PWM整流器的输出电压V o、参考值V o_ref同时输入至自适应模块，自适应模块根据d轴电流给定值i d_ref、输出电压V o、参考值V o_ref获得控制参数ω c，并输出控制参数ω c；
将PWM整流器的输出电压V o和线性自抗扰控制器LADRC输出的d轴电流给定值i d_ref作为反馈参数，将d轴电流给定值i d_ref的导数乘以倍率K，然后与PWM整流器输出电压V o和参考值V o_ref的差值的绝对值相加，得到自适应模块的等效输入参数x：
Figure 753811DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 545050DEST_PATH_IMAGE010
表示i d_ref的导数，K 表示倍率，
Figure 623864DEST_PATH_IMAGE011
表示开
Figure 433426DEST_PATH_IMAGE007
次 方根。
控制参数
Figure 939494DEST_PATH_IMAGE006
：
Figure 218029DEST_PATH_IMAGE001
其中，中间变量
Figure 100534DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 266067DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 582517DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 20451DEST_PATH_IMAGE005
分别表示 控制参数
Figure 503385DEST_PATH_IMAGE006
的上限和下限，
Figure 975955DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 636875DEST_PATH_IMAGE008
均为可调参数；
输出电压V o与参考值V o_ref相差越大、d轴电流给定值变化越快，控制参数ω c则越大；且控制参数ω c接近上限时变化较慢，以保证稳定PWM整流器输出电压，控制参数ω c接近下限时变化较慢，以保证稳定地减小PWM整流器输出电压纹波对PWM整流器三相电流谐波的影响，使得控制参数ω c的变化曲线为S型曲线。
本实施方式中，进一步限定K、
Figure 562105DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 848730DEST_PATH_IMAGE005
、x 0、k 0的选取：
选取倍率K的值，使得
Figure 175806DEST_PATH_IMAGE010
的数量级与
Figure 771742DEST_PATH_IMAGE012
的数量级相同。
选取上限
Figure 184268DEST_PATH_IMAGE004
，使得脉冲负载工况切换时输出电压V o的均值在80ms内稳定在
Figure 9005DEST_PATH_IMAGE013
伏以内。
选取下限
Figure 190587DEST_PATH_IMAGE005
，使得脉冲负载工况稳定时PWM整流器输出三相电流的总谐波畸变 率THD小于2%。
选取可调参数x 0、 k 0，使得从脉冲负载工况切换到脉冲负载工况稳定的过程中，控 制参数
Figure 458889DEST_PATH_IMAGE006
由0.95
Figure 358712DEST_PATH_IMAGE004
以S型曲线平滑地变化至
Figure 987139DEST_PATH_IMAGE005
+0.05
Figure 23228DEST_PATH_IMAGE004
，且过渡时间不超过 400ms，且使得控制参数
Figure 960966DEST_PATH_IMAGE006
接近上下限时变化较慢，即：
当控制参数
Figure 348085DEST_PATH_IMAGE006
≥
Figure 514624DEST_PATH_IMAGE014
时，控制参数
Figure 670799DEST_PATH_IMAGE006
的变化率≥
Figure 280903DEST_PATH_IMAGE015
，当控 制参数
Figure 889739DEST_PATH_IMAGE016
时，控制参数
Figure 125548DEST_PATH_IMAGE006
的变化率绝对值≤
Figure 136230DEST_PATH_IMAGE017
。
参考图1中LADRC部分，若将d轴电流给定值i d_ref到PWM整流器输出电压V o的数学模型等效为二阶模型，即线性自抗扰控制器LADRC电压外环的等效被控对象的数学表达式为：
Figure 415770DEST_PATH_IMAGE019
式中f代表系统总扰动，s代表微分算子，b 0代表线性自抗扰控制器LADRC电压外环的等效被控对象的二阶增益；
由线性自抗扰控制器LADRC的控制原理可知，若线性扩张状态观测器LESO的第1、第2、第3输出变量y 1、y 2、y 3可对PWM整流器输出电压V o及其导数和系统总扰动f进行准确跟踪，那么由图1中线性自抗扰控制器LADRC控制结构容易推导出：
线性误差反馈控制器LSEF的输出变量u 0到PWM整流器输出电压V o则可等效为二阶积分系统，因此采用线性误差反馈控制器LSEF数学表达式时，相当于对上述等效二阶积分系统进行比例-微分控制，且比例系数为ω c 2，微分时间常数为2ω c，容易计算得到此时PWM整流器参考值V o_ref到PWM整流器输出电压V o的开环传递函数的截止频率约为0.6423ω c(rad/s)。
因此当自适应模块输出的控制参数ω c增大时，截止频率增大，即电压稳定速度提高，但容易使得线性自抗扰控制器LADRC输出参数即电流环的d轴电流给定值i d_ref产生波动，从而向交流电源输出电流引入谐波；
当自适应模块输出的控制参数ω c减小时，截止频率减小，即电压稳定速度降低，但能使得线性自抗扰控制器LADRC输出的电流环的d轴电流给定值i d_ref波动减小，从而降低交流电源输出电流的谐波。
接着，结合图2介绍本实施方式中的自适应模块的工作原理。
参考上述的自适应模块的数学表达式，自适应模块的等效输入参数x中，包含PWM整流器的输出电压V o及其参考值V o_ref之差的绝对值，基于输出电压反馈，自适应模块可以快速响应脉冲负载工况变化导致的电压突变；此外还包含线性自抗扰控制器LADRC输出参数i d_ref的导数，
基于线性自抗扰控制器LADRC的输出反馈，自适应模块可以监测线性自抗扰控制器LADRC输出稳定性，当i d_ref变化率很大时，说明线性自抗扰控制器LADRC输出未稳定，此时应保持当前的自适应模块输出控制参数以保持线性自抗扰控制器LADRC当前的控制性能，当i d_ref变化较慢时，说明线性自抗扰控制器LADRC控制器输出已稳定，即脉冲负载工况已稳定，此时应当减小自适应模块输出控制参数以降低PWM整流器的三相电流谐波。
将自适应模块的等效输入参数x作为自变量，输出自适应的控制参数ω c作为因变量，绘制其函数的曲线图如图2所示。
通过计算可得：当等效输入参数x=0时ω c=
Figure 511902DEST_PATH_IMAGE005
，当等效输入参数x趋近于+∞时
Figure 957927DEST_PATH_IMAGE006
趋近于
Figure 151011DEST_PATH_IMAGE020
，当等效输入参数x=x 0时ω c的导数为k 0。
由上述自适应模块的等效输入参数x的数学表达式可得，等效输入参数x随PWM整 流器输出电压V o与参考值V o_ref的偏差
Figure 289868DEST_PATH_IMAGE021
增大以及线性自抗扰控制器LADRC输出参数i d_ref的导数增大而增大。
当脉冲负载工况发生变化时，
Figure 686346DEST_PATH_IMAGE021
和线性自抗扰控制器LADRC输出参数i d_ref 的导数增大，即等效输入参数x增大，由图2可以看出，自适应模块输出的控制参数ω c增大 至
Figure 936061DEST_PATH_IMAGE004
附近。当脉冲负载工况稳定后，供电系统进入稳定状态，
Figure 983652DEST_PATH_IMAGE021
和线性自抗扰控 制器LADRC输出参数i d_ref的导数均保持在0附近，此时自适应模块输出的控制参数ω c维持 在
Figure 293410DEST_PATH_IMAGE005
附近。
由上述理论可知：要实现脉冲负载工况改变时PWM整流器输出电压快速稳定，则需 要使得x增大时自适应模块输出较大的控制参数ω c，要实现脉冲负载工况稳定时PWM整流 器输出电流谐波降低，则需要使得x减小时自适应模块输出较小的控制参数ω c。因此，需要 下限
Figure 675719DEST_PATH_IMAGE005
为较小值、上限
Figure 729126DEST_PATH_IMAGE004
为较大值，而调整可调参数x 0和k 0则可以对脉冲负载工况改 变到脉冲负载工况稳定之间的动态过程进行调整，综上则能实现脉冲负载工况改变时PWM 整流器输出电压快速稳定和脉冲负载工况稳定时PWM整流器输出电流谐波平滑降低的控制 目标。
仿真：
参考图1、图3、图4和图5，对本实施方式的可行性和有效性进行验证。采用图1所示 结构，对所示电路拓扑和控制器进行仿真，其中交流电源电压幅值为280V，DC-DC变换器为 移相全桥变换器；PWM整流器输出电压的参考值V o_ref设定为530V，由自适应模块的上下限和 参数设计步骤进行参数设计，得到最终的
Figure 631223DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 111883DEST_PATH_IMAGE004
、x 0、k 0和K的参数值分别为：50(rad/ s)、500(rad/s)、1、113.625、0.05。
自适应模块输出的控制参数ω c的仿真结果如图3所示，PWM整流器输出电压V o的仿真结果如图4所示，PWM整流器输出电流的A相的总谐波畸变率(THD)仿真结果如图5所示，图3、图4和图5中，4.5s时脉冲负载工况发生切换。
由仿真结果可见：
脉冲负载工况改变后，自适应模块输出的控制参数ω c由
Figure 279690DEST_PATH_IMAGE014
以S型曲线平 滑地变化至
Figure 471809DEST_PATH_IMAGE005
+0.05
Figure 166096DEST_PATH_IMAGE004
，过渡时间约300ms，且满足ω c ≥0.95
Figure 879974DEST_PATH_IMAGE004
时，ω c变化率≥
Figure 925290DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 133549DEST_PATH_IMAGE016
时，ω c变化率的绝对值
Figure 682342DEST_PATH_IMAGE022
；
PWM整流器输出电压V o能在脉冲负载工况发生变化后80ms内稳定在V o_ref±1伏以内；并且脉冲负载工况稳定时，PWM整流器三相电流THD能平滑降低并最终达到2%以下，说明本实施方式供电系统能够在脉冲负载工况改变时快速稳定PWM整流器输出电压，并且在脉冲负载工况稳定时平滑降低PWM整流器输出电流谐波。
具体实施方式二：一种脉冲负载供电系统的控制方法，本实施方式的脉冲负载供电系统包括交流电源、PWM整流器和DC-DC变换器；交流电源、PWM整流器、DC-DC变换器、脉冲负载依次连接；本实施方式的控制方法包括：
步骤1、采集交流电源的输出电流I abc和输出电压U abc，对输出电流I abc进行变换，得到d轴电流i d和q轴电流i q；对输出电压U abc进行变换，得到d轴电压u d和q轴电压u q，采集PWM整流器的输出电压V o；
步骤2、将d轴电流i d、q轴电流i q、d轴电压u d和q轴电压u q及d轴电流给定值i d_ref输入至电流环，电流环输出电压信号至空间矢量脉宽调制模块SVPWM，经空间矢量脉宽调制模块SVPWM调制成三相开关控制信号S a、S b、S c后再输入至PWM整流器；
所述d轴电流给定值i d_ref的获取方法包括：
控制参数ω c为线性自抗扰LADRC方法中线性状态误差反馈律LSEF的控制参数；
获取控制参数ω c：
Figure 832701DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 99734DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 344639DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 13518DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 334778DEST_PATH_IMAGE005
分别表示控制参数
Figure 823528DEST_PATH_IMAGE006
的上限和下限，
Figure 639169DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 162554DEST_PATH_IMAGE008
均为可调参数，x表示等效输入参数，
Figure 389136DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 630761DEST_PATH_IMAGE010
表示表i d_ref的导数，K表示倍率，
Figure 483048DEST_PATH_IMAGE011
表示开
Figure 860940DEST_PATH_IMAGE007
次方根；
根据控制参数ω c、PWM整流器的输出电压V o、参考值V o_ref，利用线性自抗扰LADRC方法，获得d轴电流给定值i d_ref。
本实施方式的控制方法还包括：
调整倍率K的值，使得
Figure 524003DEST_PATH_IMAGE010
的数量级与
Figure 987345DEST_PATH_IMAGE012
的数量级相同；
调整上限
Figure 144788DEST_PATH_IMAGE004
，使得脉冲负载工况切换时输出电压V o的均值在80ms内稳定在
Figure 642765DEST_PATH_IMAGE013
伏以内；
调整下限
Figure 211150DEST_PATH_IMAGE005
，使得脉冲负载工况稳定时PWM整流器输出三相电流的总谐波畸变 率THD小于2%；
调整可调参数x 0、 k 0，使得从脉冲负载工况切换到脉冲负载工况稳定的过程中，控 制参数
Figure 427368DEST_PATH_IMAGE006
由
Figure 621458DEST_PATH_IMAGE014
以S型曲线平滑地变化至
Figure 973942DEST_PATH_IMAGE005
+0.05
Figure 713227DEST_PATH_IMAGE004
，且过渡时间不超过 400ms，且当控制参数
Figure 151162DEST_PATH_IMAGE006
≥
Figure 650408DEST_PATH_IMAGE014
时，控制参数
Figure 857398DEST_PATH_IMAGE006
的变化率≥
Figure 33164DEST_PATH_IMAGE015
，当控 制参数
Figure 958395DEST_PATH_IMAGE016
时，控制参数
Figure 494287DEST_PATH_IMAGE006
的变化率绝对值≤
Figure 821364DEST_PATH_IMAGE017
。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (7)

1.脉冲负载供电系统，其特征在于，所述系统包括交流电源、PWM整流器、DC-DC变换器和控制器；交流电源、PWM整流器、DC-DC变换器、脉冲负载依次连接；
控制器包括变换模块、电流环、线性自抗扰控制器LADRC、自适应模块、空间矢量脉宽调制模块SVPWM；
交流电源与变换模块连接，交流电源的输出电流I abc输入至变换模块，经变换模块后输出d轴电流i d、q轴电流i q，交流电源的输出电压U abc输入至变换模块，经变换模块后输出d轴电压u d和q轴电压u q；
电流环同时与变换模块、线性自抗扰控制器LADRC、自适应模块和空间矢量脉宽调制模块SVPWM连接，
变换模块输出的d轴电流i d、q轴电流i q、d轴电压u d、q轴电压u q、线性自抗扰控制器LADRC输出的d轴电流给定值i d_ref同时输入至电流环，电流环根据输出电流I abc、输出电压U abc和d轴电流给定值i d_ref获得电压信号，并输出给空间矢量脉宽调制模块SVPWM，经空间矢量脉宽调制模块SVPWM调制成三相开关控制信号后再输入至PWM整流器；
线性自抗扰控制器LADRC同时与自适应模块和PWM整流器连接，自适应模块输出的控制参数ω c、PWM整流器的输出电压V o、参考值V o_ref同时输入至线性自抗扰控制器LADRC，线性自抗扰控制器LADRC根据控制参数ω c、参考值V o_ref、输出电压V o获得d轴电流给定值i d_ref，并输出d轴电流给定值i d_ref；参考值V o_ref为输出电压V o的参考值；
控制参数ω c为线性自抗扰控制器LADRC中线性误差反馈控制器LSEF的单一控制参数；
自适应模块同时与PWM整流器连接，线性自抗扰控制器LADRC输出的d轴电流给定值i d_ref、PWM整流器的输出电压V o、参考值V o_ref同时输入至自适应模块，自适应模块根据d轴电流给定值i d_ref、输出电压V o、参考值V o_ref获得控制参数ω c，并输出控制参数ω c；
自适应模块输出的控制参数ω c为：
Figure 400250DEST_PATH_IMAGE001
其中，中间变量
Figure 645286DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 425023DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 118435DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 260704DEST_PATH_IMAGE005
分别表示控制参 数
Figure 83166DEST_PATH_IMAGE006
的上限和下限，
Figure 412516DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 611416DEST_PATH_IMAGE008
均为可调参数，x表示等效输入参数，
Figure 77033DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 70397DEST_PATH_IMAGE010
表示i d_ref的导数，K表示倍率，
Figure 651157DEST_PATH_IMAGE011
表示开
Figure 388169DEST_PATH_IMAGE007
次方根。
2.根据权利要求1所述的脉冲负载供电系统，其特征在于，选取倍率K的值，使得
Figure 973871DEST_PATH_IMAGE010
的 数量级与
Figure 403715DEST_PATH_IMAGE012
的数量级相同。
3.根据权利要求2所述的脉冲负载供电系统，其特征在于，选取上限
Figure 442079DEST_PATH_IMAGE013
，使得脉冲负 载工况切换时输出电压V o的均值在80ms内稳定在
Figure 45098DEST_PATH_IMAGE014
伏以内。
4.根据权利要求3所述的脉冲负载供电系统，其特征在于，选取下限
Figure 688569DEST_PATH_IMAGE005
，使得脉冲负 载工况稳定时PWM整流器输出三相电流的总谐波畸变率THD小于2%。
5.根据权利要求4所述的脉冲负载供电系统，其特征在于，选取可调参数x 0、 k 0，使得从 脉冲负载工况切换到脉冲负载工况稳定的过程中，控制参数
Figure 321938DEST_PATH_IMAGE006
由0.95
Figure 50860DEST_PATH_IMAGE013
以S型曲线平 滑地变化至
Figure 457570DEST_PATH_IMAGE005
+0.05
Figure 17865DEST_PATH_IMAGE013
，且过渡时间不超过400ms，且当控制参数
Figure 789512DEST_PATH_IMAGE006
≥
Figure 536888DEST_PATH_IMAGE015
时， 控制参数
Figure 419393DEST_PATH_IMAGE006
的变化率≥
Figure 598308DEST_PATH_IMAGE016
，当控制参数
Figure 540856DEST_PATH_IMAGE017
时，控制参 数
Figure 41108DEST_PATH_IMAGE006
的变化率绝对值≤
Figure 461725DEST_PATH_IMAGE018
。
6.脉冲负载供电系统的控制方法，其特征在于，脉冲负载供电系统包括交流电源、PWM整流器和DC-DC变换器；交流电源、PWM整流器、DC-DC变换器、脉冲负载依次连接；所述控制方法包括：
S1、采集交流电源的输出电流I abc和输出电压U abc，对输出电流I abc进行变换，得到d轴电流i d和q轴电流i q；对输出电压U abc进行变换，得到d轴电压u d和q轴电压u q，采集PWM整流器的输出电压V o；
S2、将d轴电流i d、q轴电流i q、d轴电压u d和q轴电压u q及d轴电流给定值i d_ref输入至电流环，电流环输出电压信号至空间矢量脉宽调制模块SVPWM，经空间矢量脉宽调制模块SVPWM调制成三相开关控制信号S a、S b、S c后再输入至PWM整流器；
所述d轴电流给定值i d_ref的获取方法包括：
控制参数ω c为线性自抗扰LADRC方法中线性状态误差反馈律LSEF的单一控制参数；
获取控制参数ω c：
Figure 731032DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 844482DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 97609DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 321917DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 681616DEST_PATH_IMAGE005
分别表示控制参数
Figure 965967DEST_PATH_IMAGE006
的 上限和下限，
Figure 706390DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 796705DEST_PATH_IMAGE008
均为可调参数， x表示等效输入参数，
Figure 978288DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 964699DEST_PATH_IMAGE010
表示表i d_ref的导数， K表示倍率，
Figure 864522DEST_PATH_IMAGE011
表示开
Figure 280501DEST_PATH_IMAGE007
次方根；
根据控制参数ω c、PWM整流器的输出电压V o、参考值V o_ref，利用线性自抗扰LADRC方法，获得d轴电流给定值i d_ref；参考值V o_ref为输出电压V o的参考值。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
调整倍率K的值，使得
Figure 582169DEST_PATH_IMAGE010
的数量级与
Figure 5060DEST_PATH_IMAGE012
的数量级相同；
调整上限
Figure 392179DEST_PATH_IMAGE013
，使得脉冲负载工况切换时输出电压V o的均值在80ms内稳定在
Figure 558718DEST_PATH_IMAGE014
伏以内；
调整下限
Figure 777210DEST_PATH_IMAGE005
，使得脉冲负载工况稳定时PWM整流器输出三相电流的总谐波畸变率THD 小于2%；
调整可调参数x 0、 k 0，使得从脉冲负载工况切换到脉冲负载工况稳定的过程中，控制参 数
Figure 574265DEST_PATH_IMAGE006
由0.95
Figure 481303DEST_PATH_IMAGE004
以S型曲线平滑地变化至
Figure 654796DEST_PATH_IMAGE005
+0.05
Figure 993373DEST_PATH_IMAGE004
，且过渡时间不超过400ms，且 当控制参数
Figure 961329DEST_PATH_IMAGE006
≥
Figure 119778DEST_PATH_IMAGE015
时，控制参数
Figure 831382DEST_PATH_IMAGE006
的变化率≥
Figure 493308DEST_PATH_IMAGE016
，当控制参数
Figure 632165DEST_PATH_IMAGE017
时，控制参数
Figure 42024DEST_PATH_IMAGE006
的变化率绝对值≤
Figure 291740DEST_PATH_IMAGE018
。
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