基于自抗扰控制的三相电流源型PWM整流器的数字控制与实现.pdf

摘要

三相电流源型PWM整流器(CurrentSourceRectifier,CSR)由于低启动电流、宽

输出电压范围和强短路保护能力等优点在航空电源领域得到广泛应用。基于线性

控制理论的传统控制策略动态响应慢且抗扰性能差，难以适应宽负载范围和宽输

入电压范围的航空电源应用场景。另外，由于在数字实现过程中存在系统延迟问

题，在输入电压高频时三相CSR性能会受到恶化。针对上述问题，本文提出一种

基于自抗扰控制的三相CSR控制策略及系统实现方法。本文主要研究内容如下：

首先，针对传统控制策略在处理系统非线性特性时存在的局限性和不足，本

文研究了基于自抗扰控制的三相CSR控制策略。该策略以自抗扰控制的结构特征

和性能优势为基础，将三相CSR通过动态补偿线性化转换为二阶积分串联型系统，

并使用非线性误差反馈率进行闭环控制，实现了基于自抗扰控制的三相CSR控制

策略，提高了系统带载启动的响应速度，且优化了系统在宽负载范围和宽输入电

压范围中的性能表现。

其次，为了降低系统延迟对三相CSR性能的影响，并实现高质量的数字控制，

本文研究了基于自抗扰控制的三相CSR系统实现方法。在硬件设计方面，根据电

压应力分析半导体器件选型方法，通过优化滤波效果和降低电流响应时间确定了

电容和电感的选型原则。在软件设计方面，通过中断嵌套技术在数字信号处理器

中实现了高控制频率和高开关频率的三相CSR数字控制。在系统延迟补偿方面，

分析了其产生原理和对系统性能的影响。采用锁相环对三相输入电压相位采样进

行延迟补偿，减少了系统延迟造成的输入电流震荡，降低了输入电流总谐波失真，

并提高了系统功率因数。

最后，为了验证论文所提出的控制策略对于三相CSR系统动态响应和抗扰性

能的优化效果，本文搭建了750W三相CSR系统实验平台，设计了变负载启动、

负载突变、输入电压突变实验，对比了传统策略和论文所提出策略的实验结果，

从而证明了基于自抗扰控制的三相CSR系统具有更快的动态响应性能和更强的抗

扰动性能。

关键词：三相电流源型PWM整流器(CSR)，自抗扰控制，间接电流控制，锁相环，

数字控制

ABSTRACT

Thethree-phasecurrentsourcePWMrectifier(CSR)hasbeenwidelyappliedinthe

fieldofaviationpowersuppliesduetoitsadvantagessuchaslowstartupcurrent,wide

outputvoltagerange,andstrongshort-circuitprotectioncapabilities.However,control

schemesbasedonlinearcontroltheoryexhibitslowdynamicresponseandpoor

disturbancerejection,makingthemdifficulttoadapttoaviationpowersupply

applicationswithwideloadrangesandinputvoltageranges.Additionally,three-phase

CSRperformanceisdeterioratedinhigh-frequencyapplicationsduetosystemlatencyin

digitalimplementation.Toaddresstheseissues,thisthesisproposesacontrolstrategyand

systemimplementationmethodforthree-phaseCSRbasedonactivedisturbancerejection

control(ADRC).Themainresearchcontentsofthisthesisareasfollows:

Firstly,inaddressingthelimitationsa