武曉彤，秦威，張坤

（1.甘肅省平涼市崇信縣百貫溝煤業(yè)有限公司，甘肅 平涼 744202；2.中國科學院 微電子研究所，北京 100029）

0 引言

DQ坐標變換將靜止坐標系轉化為同步旋轉的坐標系，使交流信號變成直流信號。在直流控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)只含有一個靜態(tài)工作點，因而使控制器更加容易分析和設計，從而使控制器參數更加容易設計，因而廣泛應用在三相整流、逆變控制系統(tǒng)中。為了進行同步旋轉坐標變化，至少需要兩個相互獨立的變量，而在單相整流、逆變電路中，輸出只輸入或輸出僅包含一個變量，無法構成靜止坐標系的兩個獨立變量，限制了其在單相逆變電路中的應用[1,2]。本文引入了坐標變換的思想，即通過坐標變換，使交流控制信號轉變?yōu)橹绷骺刂菩盘枴?/p>

1 DQ模型的建立

由于DQ坐標變換至少需要兩個相互獨立的狀態(tài)變量，而單相逆變電路的輸出只包含一個變量，為了進行DQ坐標變換，通過虛構一個和主電路正交電路，使主電路和虛構電路變量構成αβ坐標系，即可建立DQ的模型。虛構的電路在現(xiàn)實中并不存在，只是提供一個與實際輸出電壓正交的變量，從而完成αβ坐標系到DQ坐標系的變換。經過坐標變換后，輸出電壓的控制信號變成直流量，雙向變流器工作在逆變狀態(tài)就可以像Buck或Boost電路一樣進行分析，簡化了控制器的設計[3]。

虛構的電路與主電路的拓撲結構和參數完全相同，只是輸出的設定值滯后實際電路90°，如圖1所示。

設實際電路輸出電壓為Avcos(wt+Ф)，虛構電路輸出電壓滯后實際電路的輸出電壓90°，等于-Avsin(wt+Ф)，令實際輸出電壓為αβ坐標系中α的值，則在圖1的坐標系中β的值為Av sin(wt+Ф)。可知：

設實際電路電感電流為Aicos(wt+Ф)，虛構電路電感電流滯后實際電路的電感電流90°，等于-Aisin(wt+Ф)，同理可知：

圖1 虛構電路結構圖Fig.1 Fiction circuit diagram

圖2 DQ控制框圖Fig.2 DQ control block diagram

圖3 DQ控制下輸出電壓，輸出電流的波形Fig.3 DQ under the control of output voltage,output current waveform

圖4 輸出電壓經坐標變化后d和q值Fig.4 The output voltage after coordinate change d and q value

通過虛構一個與主電路完全相同的電路及通過靜止坐標系到旋轉坐標系的變換，所有控制量均為直流量，逆變電路可以看出兩個Buck電路。

2 DQ模型控制器的設計

當雙向變流器工作在逆變狀態(tài)的DQ模型建立后，便可以設計DQ控制器的設計。DQ控制器的設計包含D通道和Q通道兩個通道的設計，而每個通道的設計又包含電壓外環(huán)和電感電流內環(huán)的設計[4,5]，如圖2所示。

圖5 DQ變換流程圖Fig.5 The fl ow chart of DQ transform

圖6 輸出電壓電流波形Fig.6 The output voltage current waveform

3 仿真分析

為了驗證分析和設計的合理性，按照設計參數，對全橋逆變器的DQ控制策略進行Simulink仿真。輸出電壓、輸出電流的波形如圖3所示。輸出電壓經坐標變換后，vd和vq的分量如圖4所示。由圖4可以看出，經過坐標變換后交流控制信號變成直流控制信號，與常規(guī)雙環(huán)逆變器相比，控制器的參數更加容易設計。

4 實驗驗證

為了對理論分析進行驗證，搭建了以DSP2812為核心控制器的實驗平臺。輸入電壓30V，設定輸出電壓幅值20V，頻率50Hz，開關頻率10kHz，電感為1mH，電容10uF，功率MOS管選用IRF740。

在系統(tǒng)運行后，DSP首先進行系統(tǒng)初始化，主要包括IO口初始化、AD采樣初始化、中斷初始化和使能及其定時器的初始化。在主程序中，主要包括看門狗程序，防止程序意外跑飛。DQ控制策略及其電壓電流采樣在定時器1的中斷中實現(xiàn)。在定時器1的中斷中，完成，啟動AD采樣，逆變器的電壓外環(huán)PI控制及電流內環(huán)的閉環(huán)KP控制，及其PWM2，PWM3，PWM4，PWM5的輸出。DSP運行后一直在主程序清看門狗，等待中斷事件發(fā)生。然后清中斷標志進入主程序，等待下一次中斷請求。逆變電路的程序流程圖如圖5所示。DQ坐標變換在中斷中完成，流程圖如圖5所示。當負載由20Ω向10Ω突變時，波形如圖6所示。其中，曲線1為輸出電壓波形，曲線2為輸出電流波形。從圖中可以看出，當負載突變時，輸出電壓的波形受負載的影響很小，系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能，從而驗證了DQ控制策略的優(yōu)越性。

5 結束語

本章研究了雙向變流器工作在逆變狀態(tài)下的DQ控制策略。虛構一個和主電路參數完全相同并且輸出的電壓滯后實際輸出電壓四分之一周期的虛構電路，將實際電路的變量與虛構電路的變量構成靜止坐標系中的向量，通過靜止坐標系到旋轉坐標系的坐標變換，使交流信號轉換為直流信號，減小了輸出的穩(wěn)態(tài)誤差，簡化了控制器的設計。通過Simulink仿真及其以DSP為核心控制器的實驗平臺，驗證了分析及設計的合理性。

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