[發明專利]一種Vienna整流器分數階積分滑模自抗擾控制方法

在審

• 申請號: 202210872314.5
• 申請日: 2022-07-20
• 公開（公告）號: CN115343953A
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 肖玲斐;劉威;譚雨碩;林聰
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;H02M7/12;H02M1/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 馬玉雯

1.一種Vienna整流器分數階積分滑模自抗擾控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：對Vienna整流器的拓撲結構進行分析，結合基爾霍夫電壓和電流定理，建立Vienna整流器在三相靜止坐標系及兩相旋轉坐標系下數學模型；

步驟2：針對Vienna整流器的功率內環使滑模結合分數階控制，設計分數階積分滑模控制器；

基于分數階積分滑模面，選取有功功率和無功功率作為內環控制變量，將建立的數學模型與所設計的滑模面進行結合，設計出功率內環的分數階積分滑模控制方案；

步驟3：對電壓外環設計線性自抗擾控制，以直流側電壓作為輸入，有功功率指令值作為輸出，分別設計跟蹤微分器、線性擴張狀態觀測器和線性狀態誤差反饋控制律，然后獲得最終Vienna整流器的控制律，實現Vienna整流器的分數階積分滑模自抗擾控制。

2.根據權利要求1所述的一種Vienna整流器分數階積分滑模自抗擾控制方法，其特征在于，步驟1中，所述Vienna整流器的數學模型，具體如下：

對于Vienna整流器首先進行以下假設：

(1)所有功率器件、導線、電容、電感及二極管等器件都是無損耗的理想器件；

(2)電源輸入電壓為理想正弦波、輸入電感工作在線性狀態不會飽和；

(3)開關頻率遠大于電源基波頻率；

Vienna整流器的相電流能夠在功率開關管導通的情況下根據電流的方向在支路上雙向流動；當開關管截斷時，支路的電流為零，即該支路完全斷開；即整流器的每相橋臂根據電流的流向以及開關狀態分成三種不同的模式；定義開關函數組如下：

其中，S_ap、S_an、S_ax分別為A相的等效開關狀態；

基于基爾霍夫電壓和電流定理，結合Vienna整流器拓撲結構，獲得其在三相靜止坐標系即abc坐標系下的狀態方程表達式：

其中，X＝[i_a i_b i_c V_c1 V_c2]^T，E＝[e_sa e_sb e_sc 0 0]^T，B＝diag[1 1 1 0 0]，Z＝diag[L_aL_b L_c C₁ C₂]；e_sa、e_sb、e_sc為交流側電源三相電壓；L_a、L_b、L_c為交流側儲能濾波電感；V_c1、V_c2分別為Vienna整流器直流側上下電容電壓；L為交流側三相電感；R為交流側電阻；C₁、C₂為直流側電容，令C₁＝C₂＝C；i_a、i_b、i_c為交流側三相電流；

其中，R_L輸出負載電阻；

對式(4)進行Clark變換，則有兩相旋轉坐標系即αβ坐標系下的Vienna整流器表達式為：

其中，S_αp、S_βp、S_αn、S_βn為αβ坐標系下的開關狀態；i_α和i_β為αβ坐標系下的網側電流；e_α和e_β為αβ坐標系下的網側電壓；i_R為輸出電流；

寫成矩陣形式:

其中，Z_αβ＝diag[L L C₁ C₂]，X_αβ＝[i_α i_β V_c1 V_c2]^T，B_αβ＝diag[1 1 0 0]，E_αβ＝[e_α e_β 00]，