基于模糊PI控制和重复控制的双级矩阵变换器复合控制研究

摘要

双级矩阵变换器（two-stage matrix converter，简称TSMC）是一种直接频率转换装置，输入电压的任何扰动都要影响其输出波形的质量。同时由于输出滤波器内阻抗的压降，负载的扰动也对TSMC输出电压波形产生影响。另外，由于受器件性能、计算误差或随机扰动等影响，在TSMC的输出电压中也会产生谐波分量。因此，对TSMC输出电压的闭环控制策略研究具有重要意义。
　　 论文介绍了TSMC的拓扑结构、双空间矢量调制策略及其零电流换流策略。为了提高TSMC对电网电压突变、负载变化等基波扰动的鲁棒性，提出了一种基于模糊自整定PI控制器的TSMC闭环控制策略，该方法将输出线电压进行三相静止abc坐标到两相旋转dq坐标的变换（abc-dq）得到dq坐标系下的直流量，利用模糊自整定PI控制器对输出给定电压d，q分量进行跟踪控制。在此基础上，为了获得更高精度的稳态输出波形，增强TSMC系统抑制谐波扰动的能力，提出了将模糊自整定PI控制器和重复控制器相结合的TSMC复合控制方案。利用模糊自整定PI控制器改善TSMC系统的鲁棒性和动态性能，利用重复控制器改善系统的稳态性能。模糊自整定PI控制器以误差e和误差变化率ec作为输入，根据不同时刻的e和ec对PI参数进行在线自调整，能克服被控对象参数发生变化或各种非线性不确定扰动对系统性能产生的影响，具有较好的鲁棒性和动静态性能；重复控制器利用扰动的重复特点逐周期地修正输出电压，保证系统高品质的输出，使系统具有良好的稳态性能和鲁棒性。论文利用MATLAB建立了TSMC闭环系统仿真模型，仿真结果验证了所提控制策略的正确性。论文以DSP为控制核心设计和制作了一台TSMC的实验样机，实验结果验证了TSMC调制策略的正确性。