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棒位探测器电源系统比例复数积分控制策略研究

高龙将 徐奇伟 于天达 唐健凯 罗凌雁 李晴朝 黄思语

高龙将, 徐奇伟, 于天达, 唐健凯, 罗凌雁, 李晴朝, 黄思语. 棒位探测器电源系统比例复数积分控制策略研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(6): 162-167. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0162
引用本文: 高龙将, 徐奇伟, 于天达, 唐健凯, 罗凌雁, 李晴朝, 黄思语. 棒位探测器电源系统比例复数积分控制策略研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(6): 162-167. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0162
Gao Longjiang, Xu Qiwei, Yu Tianda, Tang Jiankai, Luo Lingyan, Li Qingzhao, Huang Siyu. Research on Proportional Complex Integral Control Strategy for Rod Position Detector Power Supply System[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(6): 162-167. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0162
Citation: Gao Longjiang, Xu Qiwei, Yu Tianda, Tang Jiankai, Luo Lingyan, Li Qingzhao, Huang Siyu. Research on Proportional Complex Integral Control Strategy for Rod Position Detector Power Supply System[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(6): 162-167. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0162

棒位探测器电源系统比例复数积分控制策略研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.06.0162
基金项目: 核反应堆系统设计技术重点实验室运行基金项目(LRSDT2021202)
详细信息
    作者简介:

    高龙将(1993—),男,博士研究生,现主要从事棒位探测器检测精度方面的研究,E-mail: gaolongjiang7@163.com

  • 中图分类号: TL334

Research on Proportional Complex Integral Control Strategy for Rod Position Detector Power Supply System

  • 摘要: 单相逆变器在核电厂棒位检测系统中工作于电压源模式,其负载棒位探测器通常等效为阻感性负载,而阻感性负载连接至逆变器输出端不能稳定地输出正弦电压。为此,本文针对单相逆变器棒位探测器电源系统提出了一种比例复数积分(PCI)控制策略,并给出控制器参数设计方法。首先,基于系统的频域模型推导出电流环比例积分(PI)控制器和电压环PCI控制器参数解析式,并考虑负载参数对系统稳定性的影响。然后,设定期望的电流环和电压环开环截止频率和相位裕度,通过本文方法解析计算PI和PCI控制器参数。最后,通过MATLAB仿真验证了本文方法能够使阻感性负载下的单相逆变器得到稳定的输出电压与输出电流,且输出电流谐波畸变率(THD)<0.3%。该方法可以为单相逆变器棒位探测器电源系统控制提供指导。

     

  • 图  1  棒位探测器电源系统主电路拓扑和控制结构

    $ {V_{{\text{T1}}}} $~$ {V_{{\text{T4}}}} $—绝缘栅双极型晶体管(IGBT);$ {U_{{\text{dc}}}} $—直流侧电压;$ {u_{{\text{in}}}} $—逆变器输出电压瞬时值;L—滤波电感;C—滤波电容;$ {i_{\text{L}}} $—电感电流;$ {i_{\text{o}}} $—输出电流;$ {i_{{\text{Lref}}}} $—通过电压环控制得到的电流环参考电流;$ {u_{\text{o}}} $—输出电压;$ {u_{{\text{oref}}}} $—输出电压参考值;$ {g_{\text{1}}} $~$ {g_{\text{4}}} $—脉宽调制(PWM)波

    Figure  1.  Main Circuit Topology and Control Scheme of the Rod Position Detector Power Supply System

    图  2  棒位探测器电源系统控制框图

    $ {\varepsilon _{\text{v}}} $—实际输出电压与参考输出电压误差;$ {\varepsilon _{\text{i}}} $—实际电感电流与参考电感电流误差;$ {G_{{\text{ci}}}}\left( s \right) $、$ {G_{{\text{cv}}}}\left( s \right) $—电流PI控制器和电压PCI控制器的传递函数;$ {K_{{\text{pwm}}}} $—逆变器增益,通常取$ {K_{{\text{pwm}}}} = {U_{{\text{dc}}}}/{u_{\text{r}}} $;$ {u_{\text{r}}} $—三角载波幅值;s—拉普拉斯算子

    Figure  2.  Control Block Diagram of the Rod Position Detector Power Supply System

    图  3  电流环控制框图

    Figure  3.  Control Block Diagram of the Current Loop

    图  4  不同 $ {f_{{\text{ci}}}} $ 下电流环闭环单位阶跃响应

    Figure  4.  Unit Step Response of Current Closed Loop under Different fci

    图  5  电流环校正前后开环传递函数伯德图

    Figure  5.  Bode Diagram of Current Open Loop Transfer Function Before and After Current Loop Correction

    图  6  电压环控制框图

    Figure  6.  Control Block Diagram of the Voltage Loop

    图  7  PCI控制器的实现与效果

    Figure  7.  Implementation and Effect of PCI Controller

    图  8  电压环校正前后开环传递函数伯德图

    Figure  8.  Bode Diagram of Voltage Open Loop Transfer Function Before and After Voltage Loop Correction

    图  9  恒定负载下波形仿真结果

    Figure  9.  Waveform Simulation Results under Constant Load

    图  10  负载突变工况下波形仿真结果

    Figure  10.  Waveform Simulation Results under Sudden Load Change

    表  1  仿真模型参数

    Table  1.   Parameters of Simulation Model

    参数 取值
    ${U_{{\text{dc}}}}$/V 24
    ${u_{\text{o}}}$/V 15
    L/mH 0.7
    C/μF 100
    ${f_{{\text{sw}}}}$/kHz 10
    下载: 导出CSV

    表  2  不同 $ {f_{{\text{ci}}}} $ 下电流环PI控制器参数

    Table  2.   Current Loop PI Controller Parameters under Different fci

    ${f_{{\text{ci}}}}$/Hz ${k_{{\text{cp}}}}$ ${k_{{\text{ci}}}}$ $\sigma $/% ${t_{\text{r}}}$/ms ${t_{\text{s}}}$/ms
    500 0.065 92.87 0 5.35 8.34
    800 0.046 166.09 3.49 2.99 7.52
    900 0.071 277.74 5.92 2.46 6.30
    1000 0.094 401.82 6.98 0.32 5.09
    1200 0.135 687.56 6.96 0.24 4.76
    1400 0.172 1023.98 6.39 0.18 4.32
    1500 0.190 1211.30 7.20 0.16 4.17
    1600 0.208 1411.40 9.49 0.15 4.04
       σ—超调量;tr—上升时间;ts—调节时间
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-01-11
  • 修回日期:  2022-07-25
  • 刊出日期:  2022-12-14

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