11、电气驱动与功率变换器的PID控制系统设计

电气驱动与功率变换器的PID控制系统设计

1. 输出电压的PI级联控制

在负载电流变化的情况下，外环控制系统的目标是维持输出电压 (v_{dc}(t)) 的稳态运行。由于稳态时输出响应的准确性是一个重要因素，因此该控制回路选择使用PI控制器。外环PI控制器的设计基于描述输出变量 (v_{dc}) 和输入变量 (i_d) 之间关系的动态模型，其表达式如下：
[C_{dc}\frac{dv_{dc}}{dt}=\frac{3}{4}(S_di_d + S_qi_q) - i_L]
这是一个关于控制变量 (S_d) 和 (S_q) 的双线性模型。我们首先对其进行线性化处理，假设功率变换器处于稳态运行，定义参数 (S_{d}^{ss})、(S_{q}^{ss})、(i_{d}^{ss}) 和 (i_{q}^{ss})。双线性项近似为：
[S_d(t)i_d(t) \approx -S_{d}^{ss}i_{d}^{ss} + S_{d}^{ss}i_d(t) + i_{d}^{ss}S_d(t)]
[S_q(t)i_q(t) \approx -S_{q}^{ss}i_{q}^{ss} + S_{q}^{ss}i_q(t) + i_{q}^{ss}S_q(t)]
在大多数应用中，q轴电流环控制系统的参考信号为零，上述第二个式子中的三个量在稳态时非常小，因此在设计中可忽略它们，并将其变化视为外环控制系统中的干扰部分。将第一个近似式代入原动态模型，并假设 (S_q(t)i_q(t) \approx 0)，我们得到用于外环PI控制器设计的线性化模型：
[C_{dc}\frac{dv_{dc}}{dt}=\frac{3}{4}(-S_{d}^{ss}i_{d}^{ss} + S