[发明专利]用于伺服驱动的PWM整流器回馈滞环控制方法

说明书

技术领域

本发明属于机电控制领域，涉及PWM整流器，为一种用于伺服驱动的PWM整流器回馈滞环控制方法。

背景技术

目前PWM整流器已经应用于电机驱动领域，如参考专利[1]和[2]，使用PWM整流电路代替二极管整流电路。由于二极管整流电路能量只能单相传输，电机制动时的再生电能会不断在直流侧电容上累积，产生泵升电压，需要通过能耗制动的方式抑制泵升电压，而能耗制动会造成能量的浪费，同时二极管整流电路对电网谐波污染严重，功率因数较低。PWM整流器使用可控功率器件如IGBT，可以实现能量的双向流动，当电机处于电动工作状态时，PWM整流器运行于整流工作状态，从电网吸取能量；当电机处于再生制动工作状态时，PWM整流器运行于回馈工作状态，将电机制动产生的能量回馈到电网，抑制泵升电压。PWM整流器不仅将电机再生制动产生的能量回馈到电网，达到节能的效果，而且可以实现单位功率因数运行，极大减小对电网的谐波污染。

PWM整流器的控制器结构图如图1所示，S₁～S₆为可控功率器件，VT₁～VT₃为电压传感器，CT₁和CT₂为电流传感器，L₁、L₂和L₃为电抗器，C为直流侧电容。PWM整流器的控制器输入模拟信号为电网线电压e_ab、e_bc，电网电流i_a、i_b，以及直流侧电压U_dc，控制器输出控制信号为6路PWM信号PWM1～PWM6。三相静止坐标系下电网线电压e_ab、e_bc和电流i_a、i_b经3s/2s变换到两相静止坐标系下，得到e_a、e_β、i_α、i_β，再经2s/2r变换到两相旋转dq坐标系下得到E_d、E_q、I_d、I_q。e_α、e_β经锁相后输出sinθ和cosθ，用于2s/2r或2r/2s变换。3s/2s变换指3相静止坐标到2相静止坐标的变换，2s/2r变换指2相静止坐标到2相旋转坐标的变换，2s/2r变换与2s/2r相反。dq坐标系中定义d轴指向电网电势，这样E_d、I_d表示有功分量，E_q、I_q表示无功分量，电流方向规定为PWM整流器处于整流工作状态时I_d大于0，回馈工作状态时I_d小于0。PWM整流器为双闭环控制，外环为电压环，内环为电流环。电压外环的作用主要是控制PWM整流器直流侧电压；电流内环的作用主要是按电压外环输出的电流指令进行电流控制，采用前馈解耦的方式消除dq轴电流耦合关系，实现有功、无功电流分量的独立控制。参考电压U_ref与直流侧电压U_dc之差经电压环控制器，得到两相旋转dq坐标系下d轴电流环的参考值令q轴电流环参考值为即无功分量为零。d、q轴电流分别经过各自的电流PI环控制器，产生U_d和U_q，U_d和U_q经坐标变换得到两相静止坐标系下电压分量U_α和U_β，再经过SVPWM模块后输出脉冲PWM1～PWM6，用以驱动PWM整流桥各开关。

如图1所示，PWM整流器电压环参考给定一般为固定值U_ref，电压环控制流程图如图2所示，当直流侧电压U_dc低于U_ref时，电压误差UdcErr大于0，经电压环PI控制器输出d轴电流PI环控制器的参考值此时PWM整流器运行于整流工作状态，从电网吸取能量；当直流侧电压U_dc高于U_ref时，电压误差UdcErr小于0，经PI控制器输出d轴电流PI环控制器的参考值此时PWM整流器运行于回馈工作状态，将电机制动产生的能量回馈电网。其中图2的K_I和K_P为电压环PI控制器的参数。而在伺服驱动应用场合下，由于电机的频繁启动/停止或加速/减速，能量会频繁的回馈电网，导致PWM整流器的效率降低。