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一、引言
PWM整流电路可较好地解决晶闸管相控整流电路功率因数低、对电网无功功率冲击大、交流侧电流谐波含量高等问题，并且可以实现有功功率和无功功率解耦控制。PWM电压型逆变器与PWM整流器构成的双PWM变流器可实现电机的四象限运行，因此PWM整流器得到越来越广泛地应用。
本文将一种新的解耦方法（内模解耦）应用于PWM整流器的电流控制环，这种解耦方法的优点就是解耦效果不受整流器参数的影响，并且可以实现动态解耦。
二、PWM整流器的数学模型
三相电压型PWM整流器的主电路如图1所示，其三相交流电压方程为[1]：
（1）
式中、、为供电侧三相交流电压；
、、为PWM整流桥输入端三相交流电压；
、、为PWM整流器三相交流电流；
、分别为交流电抗器的电感和电阻。
对式（1）进行3/2变换和旋转变换可得与电网供电频率€%r 同步旋转的d-q坐标系模型[1]
（2）
其中： 、为电网电动势矢量的 、 分量；
、为PWM整流器交流侧输出电压矢量的 、 分量；
、为PWM整流器交流电流矢量的 、 分量。
由式（2）可知，d-q坐标系中的电源电压各分量均可分为三部分：
（一）交流电抗器的电阻和电感引起的压降；
（二）耦合电压 （）， 轴间的耦合作用主要是由该项电压产生；
（三）整流器的反电动势 （ ），由整流器直流侧滤波电容所引起。
由式（2）可得用状态方程描述三相电压型PWM整流器在 坐标系下的数学模型为
三、前馈解耦控制方法
为实现整流器的电流控制必须对耦合电压项给予解耦，目前主要的解耦策略是利用整流器电流的测量值计算耦合电压，然后以前馈控制方式加到电流控制器的输出端，如图2所示。此方法对电抗器参数的变化比较敏感，前馈控制时的电压指令为： （4）
四、电压型PWM整流器的内模解耦控制
（一）内模控制的基本原理
图3为内模控制结构图，为被控对象， ()为被控对象的内模， ()为内模控制器。当已知被控对象的内模() 时，根据内模控制的原理，所设计的内模控制器为 。其中， 是低通滤波器，用来提高系统的鲁棒性。等效反馈控制器为 。
（二）PWM整流器的内模控制器设计
将（3）式变形为：（5）
令，，则（5）式变为：
（6）
令
则内模控制器为：
其中， 为滤波器时间常数的倒数。 越大， 越小，滤波系统惯性越小，其响应越快，反之，惯性越大，响应越慢。
（三）内模控制器的解耦原理
令
则电流控制环的传递函数为：
其中
当 时，传递函数变为： 即
所以，当电网参数 估计准确时，即，PWM整流器交流侧电流的两分量完全解耦，当参数估计不准确时，只要 选择大一些，也可使两电流分量得到有效解耦。因为 ，所以电流控制环节就等效成了一个一阶惯性环节，即 对 的响应是一个一价惯性环节，所以可以通过对电压外环PI调节器的设计使达到整个控制系统具有满意的动态品质。
PWM整流器的内模解耦原理框图如图4所示：
整流器采用双闭环的控制结构，如图5所示。电压外环的作用是控制整流器直流侧电压，电流内环的作用是按电压外环给出的电流指令控制电流，实现网侧单位功率因数的控制。将图5与图4比较可知，图5就是将图4中的前馈解耦部分改成内模解耦。电压外环产生的电压偏差 经过PI调节器输出后，作为有功电流的给定值 。由于采用电网电压定向，使电网电压矢量与d轴重合，所以要达到功率因数为1（即电网电压与电网电流同相位），则希望的无功电流分量就得为零，所以，可令无功电流分量的给定值为零。 和经过内模解耦后得到给定电压的d-q轴分量 和 ，和经过加上电网电压的d-q轴分量 和后再经过两相旋转坐标变换后得到给定电压的 轴分量 和，最后经过SVPWM给出控制脉冲。
五、仿真及结果分析
用MATLAB/SIMULINK进行仿真，仿真参数为：电网电压为220V，50Hz,整流器交流测电感为12mH，交流测电阻为0.1€%R ，直流侧滤波电容为2.4。仿真结果如图6和图7所示。
图7表明，两种方法都可以使电网电压与网侧电流同相位。
六、结论
为了解决PWM整流器矢量控制中前馈解耦遇到的解耦效果受整流器参数影响的问题，本文将一种新的解耦方法应用于PWM整流器的解耦控制中，即提出了PWM整流器的内模控制方法。为了实现内模解耦，本文通过分析PWM整流器的数学模型，建立了PWM整流器的内模，并根据内模控制原理设计了内模控制器。给出的电流指令经过内模解耦后，控制PWM整流器。为验证该理论，本文基于MATLAB/SIMLINK进行了仿真研究，建立了PWM整流系统，并结合SVPWM 技术，设计了控制系统，结果表明：内模解耦控制能实现PWM整流器网侧电流的动态解耦，并且解耦效果基本不受模型参数估计的影响，具有良好的性能。
参考文献：
[1]詹长江,康勇,刘平,陈坚.电压型PWM整流器统一数学模型及系统仿真[J].电工技术学报,1996.
[2]张志刚,黄守道,任光法,陈继华.三相电压型SVPWM整流器控制策略研究[J].长沙大学学报,2004.
PWM整流电路可较好地解决晶闸管相控整流电路功率因数低、对电网无功功率冲击大、交流侧电流谐波含量高等问题，并且可以实现有功功率和无功功率解耦控制。PWM电压型逆变器与PWM整流器构成的双PWM变流器可实现电机的四象限运行，因此PWM整流器得到越来越广泛地应用。
本文将一种新的解耦方法（内模解耦）应用于PWM整流器的电流控制环，这种解耦方法的优点就是解耦效果不受整流器参数的影响，并且可以实现动态解耦。
二、PWM整流器的数学模型
三相电压型PWM整流器的主电路如图1所示，其三相交流电压方程为[1]：
（1）
式中、、为供电侧三相交流电压；
、、为PWM整流桥输入端三相交流电压；
、、为PWM整流器三相交流电流；
、分别为交流电抗器的电感和电阻。
对式（1）进行3/2变换和旋转变换可得与电网供电频率€%r 同步旋转的d-q坐标系模型[1]
（2）
其中： 、为电网电动势矢量的 、 分量；
、为PWM整流器交流侧输出电压矢量的 、 分量；
、为PWM整流器交流电流矢量的 、 分量。
由式（2）可知，d-q坐标系中的电源电压各分量均可分为三部分：
（一）交流电抗器的电阻和电感引起的压降；
（二）耦合电压 （）， 轴间的耦合作用主要是由该项电压产生；
（三）整流器的反电动势 （ ），由整流器直流侧滤波电容所引起。
由式（2）可得用状态方程描述三相电压型PWM整流器在 坐标系下的数学模型为
三、前馈解耦控制方法
为实现整流器的电流控制必须对耦合电压项给予解耦，目前主要的解耦策略是利用整流器电流的测量值计算耦合电压，然后以前馈控制方式加到电流控制器的输出端，如图2所示。此方法对电抗器参数的变化比较敏感，前馈控制时的电压指令为： （4）
四、电压型PWM整流器的内模解耦控制
（一）内模控制的基本原理
图3为内模控制结构图，为被控对象， ()为被控对象的内模， ()为内模控制器。当已知被控对象的内模() 时，根据内模控制的原理，所设计的内模控制器为 。其中， 是低通滤波器，用来提高系统的鲁棒性。等效反馈控制器为 。
（二）PWM整流器的内模控制器设计
将（3）式变形为：（5）
令，，则（5）式变为：
（6）
令
则内模控制器为：
其中， 为滤波器时间常数的倒数。 越大， 越小，滤波系统惯性越小，其响应越快，反之，惯性越大，响应越慢。
（三）内模控制器的解耦原理
令
则电流控制环的传递函数为：
其中
当 时，传递函数变为： 即
所以，当电网参数 估计准确时，即，PWM整流器交流侧电流的两分量完全解耦，当参数估计不准确时，只要 选择大一些，也可使两电流分量得到有效解耦。因为 ，所以电流控制环节就等效成了一个一阶惯性环节，即 对 的响应是一个一价惯性环节，所以可以通过对电压外环PI调节器的设计使达到整个控制系统具有满意的动态品质。
PWM整流器的内模解耦原理框图如图4所示：
整流器采用双闭环的控制结构，如图5所示。电压外环的作用是控制整流器直流侧电压，电流内环的作用是按电压外环给出的电流指令控制电流，实现网侧单位功率因数的控制。将图5与图4比较可知，图5就是将图4中的前馈解耦部分改成内模解耦。电压外环产生的电压偏差 经过PI调节器输出后，作为有功电流的给定值 。由于采用电网电压定向，使电网电压矢量与d轴重合，所以要达到功率因数为1（即电网电压与电网电流同相位），则希望的无功电流分量就得为零，所以，可令无功电流分量的给定值为零。 和经过内模解耦后得到给定电压的d-q轴分量 和 ，和经过加上电网电压的d-q轴分量 和后再经过两相旋转坐标变换后得到给定电压的 轴分量 和，最后经过SVPWM给出控制脉冲。
五、仿真及结果分析
用MATLAB/SIMULINK进行仿真，仿真参数为：电网电压为220V，50Hz,整流器交流测电感为12mH，交流测电阻为0.1€%R ，直流侧滤波电容为2.4。仿真结果如图6和图7所示。
图7表明，两种方法都可以使电网电压与网侧电流同相位。
六、结论
为了解决PWM整流器矢量控制中前馈解耦遇到的解耦效果受整流器参数影响的问题，本文将一种新的解耦方法应用于PWM整流器的解耦控制中，即提出了PWM整流器的内模控制方法。为了实现内模解耦，本文通过分析PWM整流器的数学模型，建立了PWM整流器的内模，并根据内模控制原理设计了内模控制器。给出的电流指令经过内模解耦后，控制PWM整流器。为验证该理论，本文基于MATLAB/SIMLINK进行了仿真研究，建立了PWM整流系统，并结合SVPWM 技术，设计了控制系统，结果表明：内模解耦控制能实现PWM整流器网侧电流的动态解耦，并且解耦效果基本不受模型参数估计的影响，具有良好的性能。
参考文献：
[1]詹长江,康勇,刘平,陈坚.电压型PWM整流器统一数学模型及系统仿真[J].电工技术学报,1996.
[2]张志刚,黄守道,任光法,陈继华.三相电压型SVPWM整流器控制策略研究[J].长沙大学学报,2004.