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关于“三相并网逆变器电压外环和电流内环PI控制参数”设计

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LV4

初级工程师

2013-5-27 16:06:56

最近在做三相逆变器的过程中，对PI控制器的设计也经历了从零开始的过程，再次将自己的一些方法写出来，大家互相交流交流，如有不对之处，大家多多指教啊。

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		2 change change 离线 LV4 初级工程师积分：359 \| 主题：3 \| 帖子：98 访问空间发消息积分:359 LV4 初级工程师 2013-5-27 16:12:25
		电流内环设计双闭环逆变器系统中电流环作为内环，主要作用是跟踪电压外环输出的电流指令，提高系统的动态响应性能。为了更接近于实际情况，设计电流内环调节器时候，应该考虑反馈电流输入信号滤波，同时考虑逆变器本身的时间常数，还要考虑电流内环的采样延时，这样可以更接近实际系统。将采样环节看作惯性环节，T_ic为电流环采样时间，T_ic=0.1T，T为逆变器的开关周期。T_ds为PWM逆变器的延时时间，大小取开关周期的一半，K_PWM为逆变器的增益。T_if为反馈通道的滤波时间常数，T_if=nT。d轴电流内环解耦控制框图如图1所示：系统的开环传递函数为：由于T_ic、T_ds、T_if都是很小的时间参数，可用一阶惯性环节代替三个惯性环节，T_sf=T_ic+T_ds+T_if≈(0.6+n)T。将式（1）简化为一个典型Ⅰ型系统由此可以得到电流环系统的闭环传递函数根据二阶系统的特征，在阻尼比ζ=0.707时，系统的超调量和调节时间比较合适。进而推导出PI控制器的比例系数和积分系数为：式中，L为LCL滤波电感的总电感量，R为电感的寄生电阻，取反馈通道滤波时间常数为8倍的开关周期，即n=8。考虑到d轴电流和q轴电流得对称性，q轴的PI控制器与d轴的PI控制器的参数应保持一致。电压外环PI设计在基于dq坐标系的前馈解耦控制策略中，电压外环的主要作用是实现直流电压的稳定，同时PI调节器的输出作为系统交流侧的指令电流。逆变器并网运行时，由于电流闭环的作用，稳态时i_q等于零，动态过程中i_q的变化也很小。并且在一般的双环控制系统中，内环的响应速度一般都远高于外环，在直流电压发生较大变化之前，i_q已经完成其暂态过程达到0，所以暂不考虑q轴电流的影响。电流环作降阶处理，等效为一个惯性环节：式中，T_is=L/K_p，综上所述，可得到电压外环的控制原理框图如图2所示在图2中，T_uc=0.1T为电压外环的采样时间，T_uf=nT为电压外环滤波通道反馈时间的常数。电压外环开环系统函数为： m为调制比。将电压采集延迟小惯性环节、电流环小惯性环节以及反馈通道的小惯性环节合并，忽略负载扰动，取m=1，化简后的开环传递函数为：式（7）为一个Ⅱ系统，是最小相位系统。在实际工程设计中，为使系统达到最优控制目标，期望开环对数幅频特性的一般形状如图3所示。电压外环设计的关键就是确定中频宽H。为了使开环特性能够得到最大的相角裕度，并有尽可能快的响应速度和系统整定时电压外环有较强的抗干扰性能，可以按照三阶最佳设计。选择期望特性G(s)的参数一般取为：中频区的宽度，实际经验表明H一般在3~10之间，三阶最佳设计在工程上一般取4。根据式（11）可得电压外环PI调节器的参数：回复 \| 举报 \|

			3 後會絠萋後會絠萋离线 LV7 版主积分：9358 \| 主题：195 \| 帖子：2538 访问空间发消息积分:9358 版主 2013-5-27 17:33:44
			严重支持，来学习了，请楼主继续回复 \| 举报 \|

			8 luge1983 luge1983 离线 LV2 本网技师积分：104 \| 主题：0 \| 帖子：2 访问空间发消息积分:104 LV2 本网技师 2013-5-27 20:59:13
			一直想知道公司的大牛们是怎么确定环路PI参数的，今天终于开了眼界！回复 \| 举报 \|

			14 heavenrhythm heavenrhythm 离线 LV2 本网技师积分：173 \| 主题：5 \| 帖子：12 访问空间发消息积分:173 LV2 本网技师 2013-5-28 13:28:44 倒数9
			楼主真是大好人来的! 今天我学习了! 谢谢楼主的分享!! 请问楼主设计出来的参数对应实际写程式用的参数值如何?? 回复 \| 举报 \|

				15 change change 离线 LV4 初级工程师积分：359 \| 主题：3 \| 帖子：98 访问空间发消息积分:359 LV4 初级工程师 2013-5-28 14:03:36 倒数8
				目前程序你的参数是第二种方法，通过sisotool得到的PI参数，一般情况可以根据实际效果稍微修改一下就可以回复 \| 举报 \|

			21 lcrsemi lcrsemi 离线 LV3 助理工程师积分：247 \| 主题：0 \| 帖子：54 访问空间发消息积分:247 LV3 助理工程师 2015-6-7 11:17:08 倒数2
			式(3)中间那个多项式的S^2少了系数L，所以应该在现在的式子上除了S^2项外，其余各项都除以L，这样才能通过控制消除感量的影响。回复 \| 举报 \|

		4 change change 离线 LV4 初级工程师积分：359 \| 主题：3 \| 帖子：98 访问空间发消息积分:359 LV4 初级工程师 2013-5-27 18:49:03
		终于搞完了，大家赶紧扔砖吧，不要把我拍死就可以了下面在介绍一种通过matlab的sisotool工具箱进行PI控制器设计的方法回复 \| 举报 \|

		5 change change 离线 LV4 初级工程师积分：359 \| 主题：3 \| 帖子：98 访问空间发消息积分:359 LV4 初级工程师 2013-5-27 19:14:19
		通过SISOtool工具箱进行PI控制器设计时，首先在matlab 命令窗口输入sisotool 选择控制系统的结构如下图，系统一共有六种结构，此处采用第一种。将1楼图1所示的控制参数带入拓扑结构，控制器C不做设置，然后选择控制器的类型，此处选择PID，如下图在系统开环Bode图中，不断调整开环系统的幅值裕度和相位裕度，如下图，通过与sisotool动态连接的可视分析工具LTIviewer实时显示系统的阶跃响应，直到设计出满足要求的PI控制器。在改变幅值裕度和相位裕度的同时，控制器C也随之实时改变回复 \| 举报 \|

			16 wslaurora wslaurora 离线 LV2 本网技师积分：106 \| 主题：0 \| 帖子：3 访问空间发消息积分:106 LV2 本网技师 2013-10-25 11:00:46 倒数7
			我来试试，呵呵回复 \| 举报 \|

		6 change change 离线 LV4 初级工程师积分：359 \| 主题：3 \| 帖子：98 访问空间发消息积分:359 LV4 初级工程师 2013-5-27 19:20:49
		再次求拍啊！！请大家不吝赐教哇回复 \| 举报 \|

			7 心囚蓝魔心囚蓝魔离线 LV8 副总工程师积分：4537 \| 主题：25 \| 帖子：1873 访问空间发消息积分:4537 LV8 副总工程师 2013-5-27 19:40:10
			没有使用过，进来学习回复 \| 举报 \|

				9 後會絠萋後會絠萋离线 LV7 版主积分：9358 \| 主题：195 \| 帖子：2538 访问空间发消息积分:9358 版主 2013-5-27 22:00:50
				请问，最终的P和I的参量是在哪调出来的？回复 \| 举报 \|

					10 change change 离线 LV4 初级工程师积分：359 \| 主题：3 \| 帖子：98 访问空间发消息积分:359 LV4 初级工程师 2013-5-28 08:35:01
					r如下图，C就是你的控制器，此处选择的是PI控制器回复 \| 举报 \|

						11 後會絠萋後會絠萋离线 LV7 版主积分：9358 \| 主题：195 \| 帖子：2538 访问空间发消息积分:9358 版主 2013-5-28 09:46:05
						明白了，我去下载这个软件回复 \| 举报 \|

							12 change change 离线 LV4 初级工程师积分：359 \| 主题：3 \| 帖子：98 访问空间发消息积分:359 LV4 初级工程师 2013-5-28 09:55:54
							有matlab就可以了   sisotool是matlab里面的一个工具箱，我用的是matlab2010b 回复 \| 举报 \|

								13 後會絠萋後會絠萋离线 LV7 版主积分：9358 \| 主题：195 \| 帖子：2538 访问空间发消息积分:9358 版主 2013-5-28 10:42:32 倒数10
								我给你留站内短信了，有空请查看，谢谢回复 \| 举报 \|

		17 AlexanderNO1ST AlexanderNO1ST 离线 LV2 本网技师积分：102 \| 主题：0 \| 帖子：1 访问空间发消息积分:102 LV2 本网技师 2015-3-20 10:28:26 倒数6
		楼主啊，pwm逆变器等效增益怎么算的回复 \| 举报 \|

		18 wangxu1991 wangxu1991 离线 LV2 本网技师积分：156 \| 主题：0 \| 帖子：3 访问空间发消息积分:156 LV2 本网技师 2015-3-24 14:05:49 倒数5
		感谢分享，学习了回复 \| 举报 \|

		19 chd152260 chd152260 离线 LV2 本网技师积分：102 \| 主题：0 \| 帖子：1 访问空间发消息积分:102 LV2 本网技师 2015-4-24 10:17:18 倒数4
		我想请教对于单相BOOET—PFC电路怎么设计电压外环和电流内环的PI参数，设计交流输入U=20sinwt，I=18A，输出Uo=60，Io=18A。是否和三向逆变器类似？回复 \| 举报 \|

		20 xspacesh xspacesh 离线 LV2 本网技师积分：102 \| 主题：0 \| 帖子：1 访问空间发消息积分:102 LV2 本网技师 2015-5-23 17:36:50 倒数3
		楼主你好，本人最近刚开始用simplorer仿真，做并网逆变器仿真时遇到报错，想问您这些错误是什么意思：Project10 (C:/Users/toshia/Documents/Ansoft/) [warning] Pin Connectivity has changed for component U1. (4:42:46 下午五月 23, 2015) [warning] Connection violation: A net can have inputs and only one output or all inout quantities or signals: Net, net_30 and Net, net_30. (5:15:16 下午五月 23, 2015) 希望楼主帮助！谢谢了回复 \| 举报 \|

		22 bywind bywind 离线 LV6 高级工程师积分：1355 \| 主题：2 \| 帖子：123 访问空间发消息积分:1355 LV6 高级工程师最新回复 2018-11-24 23:06:12 倒数1
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