一种基于离散时域模型的单相PWM整流器控制参数多目标优化设计方法.pdfVIP

2024年1月电工技术学报Vol.39No.1

第39卷第1期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYJan.2024

DOI:10.19595/ki.1000-6753.tces.221728

一种基于离散时域模型的单相PWM

整流器控制参数多目标优化设计方法

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晏益朋余城洋熊露婧罗全明胡书昌

（1.输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学）重庆400044

2.美的集团中央研究院佛山528000）

摘要单相PWM整流器一般采用电压外环比例积分、电流内环比例谐振的双闭环控制方法，

在实现交流侧高功率因数的同时稳定直流侧输出电压，因此受到国内外学者的广泛研究。然而，

在内外环控制参数设计阶段，传统设计方法一般根据经验选取控制参数，参数选取范围较大，且

无法量化评估控制参数的时域控制效果，导致参数优化整定困难。为此，该文提出一种基于离散

时域模型的内外环控制参数多目标优化设计方法。首先，采用传统设计方法确定电压外环比例、

积分控制参数以及电流内环比例、谐振控制参数的安全设计空间；然后，基于离散时域模型将安

全设计空间正映射至控制参数的时域性能空间，实现电流内环控制参数对交流侧功率因数以及电

压外环控制参数对直流侧电压超调量的量化评估。在此基础上，通过进一步约束性能目标得到性

能优化设计空间，考虑内外环控制参数的耦合效应，对内外环性能优化设计空间进行重新组合，

再将其映射至性能空间，得到内外环控制目标帕累托最优前沿下的最优设计空间，从中选取内外

环控制参数的优化设计点，在典型工况下实验测得的交流侧功率因数为0.98126，直流输出电压

超调量绝对值为1.37%，证明了所提优化设计方法的正确性。

关键词：PWM整流器离散时域模型控制器参数多目标优化动态性能优化

中图分类号：TM46

0引言行整定，文献[7]针对三相系统的交叉耦合提出矢量

PI整定方法；文献[8]对PR控制器进行离散化，并

单相PWM整流器相比于传统的整流器，具有

通过Bode图分析控制参数的取值；文献[9]采用根

交流侧功率因数高、可实现能量双向流动、电流谐

[1-2][3]轨迹法在离散域中对PR控制器的参数进行设计。

波含量低等优点，广泛应用于铁路机车牵引、

车载充电机[4]等领域。然而，现有对控制参数的设计方法大都需要观察频

率响应并根据经验选取，很难形成一套通用、定量

单相PWM整流器一般采用电压外环、电流内

的优化设计方案。

环的双闭环控制策略。其中电流内环控制交流侧电

传统控制参数设计方法基于系统频域下的控制

流与电压同相，实现功率因数校正功能，电压外环

模型，根据相位裕量及控制带宽的要求，采用“先

控制直流侧输出电压稳定；电压外环常采用比例积

内后外”的方法完成控制参数的设计。然而，单相

分（ProportionalIntegral,PI）控制器，而电流内环