[发明专利]一种Vienna整流器分数阶积分滑模自抗扰控制方法

说明书

本发明公开了一种Vienna整流器分数阶积分滑模自抗扰控制方法。该方法利用基于分数阶积分滑模的功率环控制降低网侧三相输入电流波形畸以及保证其能以高功率因数运行。此外，本方法将自抗扰控制策略作用于电压外环的控制，以实现高精度的电压跟踪。最后，通过仿真验证了本发明提供的Vienna整流器控制方法提高了Vienna整流器的动静态性能和抗扰能力，能够改善母线电压的稳定性。

技术领域

本发明属于航空二次能源控制领域，具体涉及一种Vienna整流器分数阶积分滑模自抗扰控制方法。

背景技术

恒速恒频交流供电系统是飞机当中最早应用的交流供电系统，其主要是利用变速齿轮箱装置把变化的发动机轴转速变换为恒定转速输出，以此带动交流发电机产生恒频交流电。由于变速齿轮箱装置结构复杂，增加了发动机重量，不利于维护和控制，且恒速恒频电源很难实现起动/发电一体化，因此取消恒速齿轮箱装置的变频恒速交流电源随后逐渐受到关注。飞机供电系统进一步发展之后，结构更加简化、安全性更高以及能量转化效率更高的变频交流电源系统逐渐成为主流的供电系统。随着多电飞机以及电推进飞机计划的发展，电力系统所占的比重越来越大，电力不仅用于次级系统，还作为推进的能源，导致电力需求的不断增加，因此高压直流供电系统逐渐受到关注，对于基于高压直流供电系统的飞机一次电源(交流发电机)通常首先需要整流以实现交直流的变换。为了确保航空整流系统安全和高效运行，要求整流器具有较高的密度和能量转化效率、还要能减小对输入电流的影响。

基于PWM可控的整流器具有较好的输入输出特性，可以实现对于输出电压的闭环控制，网侧电流的谐波成分少，相比于无源整流器显著提升了功率密度。其中三相Vienna整流器因为功率器件受到的电压应力小、输入电流谐波小、结构可靠性高等优点，很适合作为飞机电源系统的整流器件，

发明内容

发明目的：针对上述背景技术，提出一种Vienna整流器分数阶积分滑模自抗扰控制方法，能够改善母线电压的稳定性，以及实现高精度的电压控制。

发明内容：一种Vienna整流器分数阶积分滑模自抗扰控制方法，包括如下步骤：

一种Vienna整流器分数阶积分滑模自抗扰控制方法，包括以下步骤：

步骤1：对Vienna整流器的拓扑结构进行分析，结合基尔霍夫电压和电流定理，建立Vienna整流器在三相静止坐标系及两相旋转坐标系下数学模型；

步骤2：针对Vienna整流器的功率内环使滑模结合分数阶控制，设计分数阶积分滑模控制器；

基于分数阶积分滑模面，选取有功功率和无功功率作为内环控制变量，将建立的数学模型与所设计的滑模面进行结合，设计出功率内环的分数阶积分滑模控制方案；

步骤3：对电压外环设计线性自抗扰控制，以直流侧电压作为输入，有功功率指令值作为输出，分别设计跟踪微分器、线性扩张状态观测器和线性状态误差反馈控制律，然后获得最终Vienna整流器的控制律，实现Vienna整流器的分数阶积分滑模自抗扰控制。

进一步的，步骤1中，所述Vienna整流器的数学模型，具体如下：

对于Vienna整流器首先进行以下假设：

(1)所有功率器件、导线、电容、电感及二极管等器件都是无损耗的理想器件；

(2)电源输入电压为理想正弦波、输入电感工作在线性状态不会饱和；

(3)开关频率远大于电源基波频率；

Vienna整流器的相电流能够在功率开关管导通的情况下根据电流的方向在支路上双向流动；当开关管截断时，支路的电流为零，即该支路完全断开；即整流器的每相桥臂根据电流的流向以及开关状态分成三种不同的模式；定义开关函数组如下：