通过模糊控制器和PI控制器输出电压调节，设计和实现三相PWM整流器的高性能的直接功率控制摘要:本文给出了直接功率控制（DPC）三相PWM整流器，采用了一种新的开关表，并且无电压传感器。

瞬时有功功率和无功功率通过选择变换器的最佳状态被直接控制，作为PWM控制变量代替相电流被使用。

控制系统的主要目的是保持直流母线电压在所需的水平，而来自电源的输入电流应当是正弦的，各相电压相位符合单位功率因数（UPF）操作。

在直流母线电压控制环中，传统的PI和基于模糊逻辑的控制器，被用来提供有功功率指令。

一种基于实验系统的DSPACE用作证实DPC的有效性。

稳态和动态的结果，说明了操作和控制方案所呈现的性能。

结果显示，证实了新的DPC比经典DPC更好。

线电流非常接近正弦波（THD＜2%）并且通过使用PI和模糊控制器实现直流母线电压良好的调节。

此外，模糊逻辑控制器展现出优良暂态性能，良好地抑制负载扰动的影响，和优越的的鲁棒性。

关键词: 直接功率控制 PWM整流器瞬时有功功率直接转矩控制开关表模糊逻辑控制1.引言大多数的三相整流器，被广泛地用在工业领域和消费产品领域，使用二极管桥电路和散装存储电容。

有简单，稳定和低成本的优势。

然而，整流二极管，产生单向功率流，低功率因子，功率流，和高层次的输入谐波电流。

与有源和无源滤波器分开，最好的解决方案是使用脉冲宽度调制（PWM）调整。

三相脉冲宽度调制（PWM）研究在过去的几年迅速发展，由于它的优越性，比如能源的再生能力，直流总线电压覆盖广阔的范围，输入电流低谐波失真。

由于转换器有能力来控制输入的正弦波电流，功率因数（UPF）可以容易地操作通过调节伴有前述电源电压。

各种控制策略已经提出了在最近的这种类型的PWM整流器产品。

它可以被分类为所用的回路控制器或有功/无功功率控制器。

在知名间接的有功和无功功率控制方法中，是基于相对于电流矢量方向所述的线电压向量。

它被称为电压定向控制（VOC）[1-5]。

VOC保证了高动态，并通过内部电流静态性能控制回路。

然而，最终的配置和性能的VOC的系统在很大程度上取决于所施加当前的控制策略的质量。

在过去的几年中，一个高利润的新兴控制技术一直是直接功率控制（DPC）和与众所周知直接转矩控制开发相似（DTC），用于可调速驱动器[5-12]。

在DPC方案，没有内部电流环路和转换器的开关状态，是通过一个交换表基于瞬时错误作出适当地选择，在命令和估计瞬时有功和无功功率值的估计值，和功率源电压矢量位置[6]或虚拟磁通矢量位置之间[8]。

本文提出了一种新的直接功率控制（DPC）的三相PWM 整流器，这使得有可能实现通过直接控制它的瞬时功率因数运行无需任何电源电压有功和无功传感器。

所提出的方法有两个特点。

一个是用于合成新的切换表的方法，不同于在AC 机组的控制和使用在[6]和[8]中，是一种建议。

这个新的转换表是通过分析瞬时有功功率和无功功率校正合成的。

其他一个是模糊逻辑控制器，在直流母线电压控制回路，开发提供有功功率命令。

为了实现单位功率因数运行，无功功率指令设定为零。

基于模糊逻辑控制器有更多的灵活性和更好的动态响应。

最后，DPC 进行了模拟，并实施常规PI 控制器和模糊控制器。

它是通过仿真和实验结果表明，该提出的DPC 具有高性能相比于经典。

线电流非常接近正弦波形，是直流母线电压精确调节得意实现，和UPF 操作得以实现。

此外，基于模糊逻辑控制器有优良的瞬态性和稳态性，有良好鲁棒性，直流总线电压调节有良好的动态特性，和良好的甩负荷扰动的影响。

2.DPC 的原理2.1系统配置DPC 基于瞬时有功和无功功率控制回路。

DPC 没有内部电流控制回路。

开关变换器开关状态是由基于在指令和有功功率和无功功率之间的瞬时错误的开关表来选择的。

图1显示了直接有功功率和无功功率控制三相PWM 整流器的配置，符号如下:ea 、eb 、ec 三相电源电压；va 、vb 、vc 交流终端PWM整流器的电压；ia 、ib 、ic 三相线电流；Sa ，Sb ，Sc 转换器的开关 状态；L 、R 电感和电阻的反应堆；C 、RL 直流环节电容和负载电阻。

控制器功能继电器通过迟滞比较器和一个转换表控制有功功率和无功功率。

在这个配置中，直流母线电压通过调节有功功率被控制的，功率因数通过控制无功功率为零获得的。

如图1所示，有功功率命令P *来自一个直流母线电压控制器，无功功率命令，q*是直接从外部控制器的给定。

在指令和预计的反馈功率之间的错误输入到迟滞比较器和数字化的信号Sp 和Sq ，在这里表示为:-hp pˆ-*p if 0Sp hp p ˆ-*p if 1p ≤=≥=，S ， ，，-hq q ˆ-*p if 0q hq q ˆ-*p if 1q ≤=≥=S S同时，电源电压的相位矢量转换为数字化信号hn 。

为此，固定的坐标分为12个部分。

如图2所示，这部分数值上表示为 ...121,2n 61-n n 62-n ，π）（π）（=≤≤θ数字化误差信号Sp 和Sq 和数字化电压相位hn 输入转换表包括每一个开关状态，转换器的Sa ，Sb ，Sc 被储存。

通过使用这个开关表，根据输入信号的组合，转换器的最优开关状态能够在每一个特定的时刻被独特地选择。

2.2转换表合成在静止的参考系a-b 和一个平衡的三相系统，线路电流方程可以表示为）（∂⋅∂∂=i -v -e 1R L )-v -e (1dt di ∂⋅=i R L βββ线电流矢量(ia ，ib)可以通过选择控制恰当的整流电压矢量。

在选择整流器电压矢量vab 上，在实际的线电流测量上，线电流的变化依赖于实际的电源电压矢量eab 。

参数R 可以几乎被忽视(2)中的离散的一阶近似可以被采纳。

因此，线电流的变化对下一个控制时期给出: ））（）（（）（）（k v -k e s k i -1k i i ∂∂=∂+∂=∂∆L T ））（）（（）（）（k v -k e s k i -1k i i ββββL T =∂+=∆在静止的参考系a-b 瞬时有功功率和无功功率定义如下:(13、14)⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂=⎥⎦⎤⎢⎣⎡βαββi i e -e e e q p 作为第一近似，如果切换频率足够高，电源电压的变化可以忽略不计。

有功功率和无功功率改变量下一个控制周期可以被估计，如下:⎭⎬⎫⎩⎨⎧∆⋅∂-∂∆⋅=∆∆⋅+∂∆⋅∂=∆ββββi k e i k e q P )()(i k e i k e ）（）（ ））（）（）（）（（））（）（（k v k e k v k e s -k e k e s p 22βββ⋅+∂⋅∂+∂=∆L T L T ))()()()((q k v k e k v k e LTs ∂⋅-⋅∂=∆ββ 如图2所示，控制有功功率和无功功率有六个基本的不为零的整流器整流电压和两个零电压矢量。

有功功率和无功功率取决于整流电压矢量的选择。

对于七个基本的整流电压矢量，我们得到七个可能的有功功率和无功功率的变化量。

因此，有不同的选择相应的开关状态控制有功功率和无功功率变化的方法。

给i=（0，1，2，3...6）有功功率和无功功率变化量如下:电源电压向量可以被表示在静止参考系a-b 如下:PWM 整流器的交流终端电压矢量v ，是典型的空间矢量，每个开关状态和其相应的表示，va 和vb 值如表1所示。

为了满足提高PWM 整流器的转换器操作，下面的条件满足: )3sin(παβαβ≤v e 从(12)可以看出，无功功率的变化相对于整流电压矢量vi 是正弦波形。

有功功率的变化移动着的正弦波，各自表示在图3和4中。

DPC 的基本思想是，为了维持直流母线电压接近参考价值，并通过控制有功功率和无功功率保持统一功率因数，在七个可能的向量之间选择最好的整流器电压矢量。

出于这个原因，新的开关表合成，基于每个部分有功功率和无功功率的变化。

从图3和4，对于每个部分，无功功率的变化量是三个整流器电压矢量和正数，三个整流器电压矢量和负数，和v0为零。

有功功率的变化对于四个整流电压矢量是正的，对两个或三个整流电压矢量负的。

比如，有功功率和无功功率的变化如表2。

对于每一个滞后输出信号的组合，Sq 和Sp ，整流器电压矢量在部分1被选择，在表3中被表示。

所有部分提出了新的开关表被表示在下面的表4中。

实现电压DPC 无传感器运行对于三相PWM 整流器，通过使用转换器的开关状态，三相线电流，直流母线电压和电感反应，估计有功功率和无功功率。

如下:分别通过13和14，估计瞬时有功功率和无功功率之后，电源电压矢量Eab ，使用以下方程估3.输出电压控制器设计3.1基于DPC 的传统的PI如图5所示，直流母线电压vdc 与参考值vdc 相比较。

获得的误差作为PI 控制器的输入，输出乘以vdc 得到瞬时有功功率P *。

PI 控制器的传递函数: s Ti s Ti kp 1s)(⋅⋅⋅+=F 其中Ki Ti =1；PI 参数选择: 10HZ c ,21,2i p =⋅=⋅=⋅f fc RL Ti C RL T K 其中π3.2 DPC 模糊控制器 图6显示了框图的模糊逻辑控制器，对于DPC 的三相PWM 整流器。

由于控制算法的数字实现，直流电压，Vdc 能与参考值相比较，差值:)1()()(e k dc v -k )(**--=∆=k e k e k dc v k e ），并且增量（）（采样时刻作为输入模糊控制器。

输出有功功率命令)(P *k f ∆是变化的，新指令)(*k Pf 通过添加模糊控制器的输出，输出增益比例G ，和先前指令:)()1()(k Pf G k Pf k Pf *∆⋅+-*=二获得的。

为了提高系统的动态性能和控制器输出稳定性，比例增益GP 与模糊控制器并行。

有功功率指定的新值被显示在图6中，给出:)()()1()(***k e Gp k f P G k f P k P ⋅+∆⋅+-=误差误差e(k)和改变)(k e ∆作为数值变量，来自于系统。

将这些数值变量转换成语言变量，七个模糊变量负数最大（NB ）到正数最大（PB ）表示在图7。

所有的模糊变量相同的函数。

图7得出了一个统一的结论，可以通过简单的修改获得每个变量。

4.实验系统和结果实验原型，图8中，LAIIESIP 法国实验室一直在发展，为了检查并操作三相PWM 整流器DPC 方案特征。

一个三相基于IGBT 逆变器(220 v RMS ，三菱、PS11036 11 a ），它扮演使用PWM 整流器的角色。

确保绝缘和控制信号的空载，基于IXDP630组件使用。

两个霍尔CT 的LEM(PR30)和隔离放大器HAMEG(HZ64)是分别用来检测线电流和直流母线电压。

控制算法一直在发展， 用Matlab / SimulinkMT 仿真，用(RTI1104)数字信号处理器插入到PCPentium 实时实现。