ADRC与S-MPC在不平衡电网PWM整流器控制中的应用

1. 不平衡电网下PWM整流器控制挑战

当电网电压出现不平衡时，传统PI控制的PWM整流器就像新手司机在崎岖山路上驾驶——方向盘不断修正却总是反应滞后。我在实际测试中观察到，这种工况下直流母线电压会出现明显的二次谐波波动，交流侧电流THD（总谐波失真）常常超过5%，更棘手的是功率器件开关频率会不受控地升高，导致散热器温度飙升。

问题的根源在于传统控制结构的局限性：

• PI控制器本质是"事后补救"型控制，无法预判电网扰动
• 固定参数的控制器难以适应电网阻抗的时变特性
• 单目标优化无法同时兼顾电流质量和开关损耗

2. ADRC电压外环控制实现

2.1 自抗扰控制核心原理

ADRC（Active Disturbance Rejection Control）的精髓在于其三层结构：

1. 跟踪微分器（TD）：安排过渡过程
2. 扩张状态观测器（ESO）：实时估计总扰动
3. 非线性状态误差反馈（NLSEF）：生成控制量

其中ESO是ADRC的灵魂所在，它能将系统内外部扰动统一视为"总扰动"进行观测和补偿。这就好比老司机不仅看当前路况，还能预判前方弯道和坡度的变化。

2.2 ESO的MATLAB实现细节

matlab复制function [u, z] = ADRC_ESO(y, r)
    persistent z1 z2 z3 beta1 beta2 beta3 b0
    % 参数初始化
    if isempty(z1)
        z1 = 0; z2 = 0; z3 = 0;
        beta1 = 100; beta2 = 300; beta3 = 1000;
        b0 = 1.5;  % 系统增益估计值
    end
    
    % 扩张状态观测器核心
    e = z1 - y;
    dz1 = z2 - beta1*e;
    dz2 = z3 - beta2*e + b0*u;
    dz3 = -beta3*e;
    
    % 状态更新（欧拉离散化）
    Ts = 1e-4;  % 100us控制周期
    z1 = z1 + Ts*dz1;
    z2 = z2 + Ts*dz2;
    z3 = z3 + Ts*dz3;