引言
數碼發電機是近幾年中發展起來的一個新的發電機產品，它是一種便攜式發電機。中頻發電機體積小、重量輕，是與之相配套的理想的發電機。但是中頻發電機輸出的三相交流電的頻率在400-760Hz 間變化，電壓在300-540V 間變化[1]，給整流器的設計帶來了一定的困難。傳統的整流方案大多針對定頻、定壓輸入，適應的電壓頻率變化範圍都不大[2]。本文針對此情況設計了一種寬頻率、寬電壓的適用於數碼發電機的整流方案。
本系統採用前饋控制結合PID 控制的複合控制策略，在前級整流器中加入前饋控制可以有效的減少響應時間及降低超調量。出於電壓穩定及經濟狀態的考慮，可在系統中加入油門控制。實驗表明設計的整流器和中頻發電機配合良好，輸出工頻電壓達到設計要求。
1 整流器總體結構設計
爲了得到穩定的市電，中頻發電機發出的三相電經過三相半控橋整流後得到穩定的直流電，經電容濾波後再通過逆變得到我們所需要的市電[3]。由於中頻發電機所發的三相電爲寬頻率、寬電壓的三相電，因此對前級整流電路的要求比較高。由於輸入三相電的頻率及電壓變化及其頻繁，如果採用文獻[1]中所使用的拓撲結構，雖然也能得到穩定的直流輸出電壓，但是直流電壓趨於穩定所用的時間相對較長並且系統的超調量也會比較大。經過分析本文給出瞭如所示的數碼發電機的前級整流電路。
中在三相電輸入端加入電壓及頻率檢測構成前饋控制，就能及時有效的檢查出電壓及頻率的變化，控制器便可在輸出電壓U 變化之前控制油門開度或者觸發角度的大小從而輸出更加穩定的直流電壓。由於發電機所發出的三相電各相間的電壓、頻率相等，所以只檢查兩相間的電壓、頻率即可。通過電壓傳感器檢查U 的大小，然後通過PID 控制器將本系統組成閉環控制系統，從而更精確更迅速的控制輸出直流電壓。油門控制採用模糊控制策略，當採用上述控制無法保證直流側電壓穩定時，可以通過油門控制來調節發電機輸出，進而保證直流側電壓的穩定。油門控制是通過控制步進電機[4]調節發電機油門的大小實現的。
採用定時方式進行整流器的移相控制時，需要給控制器提供各晶閘管控制起始定時時刻的方波信號，這一方波的頻率應與電源頻率相同，即應與電源電壓同步。所以，一般將此方波信號稱爲同步信號。三相同步信號電路要求獲取三組同步脈衝信號，分別對應每一相的自然換相時刻，本文選用文獻[5]中所提到的同步電路。整流電路的輸出電壓不是純粹的直流，從示波器觀察整流電路的輸出，與直流相差很大，波形中含有較大的脈動成分，稱爲紋波。爲獲得比較理想的直流電壓，需要利用具有儲能作用的電抗性元件（如電容、電感）組成的濾波電路來濾除整流電路輸出電壓中的脈動成分以獲得直流電壓，根據參考文獻[6]本文選用電容方式進行濾波。
2 數學模型
本設計採用由晶閘管構成的三相半控橋式模塊，忽略晶閘管壓降，設發電機的輸入電壓幅值爲U ，觸發角度爲α ，三相半控整流橋輸出的平均電壓爲U ，則：
U =1.17U(1+ cosα )
以U 及α 作輸入變量，以d U 作輸出，在參考工作點附近進行局部線性化處理，展開成泰勒級數並忽略高次項則得：
晶閘管整流裝置由觸發電路控制，在分析系統時把它們處理成一個環節。這一環節的輸入量是觸發電路的控制電壓Uct，輸出量是理想空載整流電壓d U 。如果把它們之間的放大係數s K 看成常數，則整個晶閘管觸發與整流裝置可以看成是一個具有純滯後的放大環節，其滯後效應由晶閘管的失控時間決定[7]。
3 控制器設計
PID 控制是負反饋控制，在實際中，被控對象總是存在慣性，負反饋控制的輸出總是落後於參考信號的變化，當我們要求系統的被控量迅速平穩地跟隨參考信號變化，並準確地復現其變化規律時，將不能滿足要求，而在加有前饋控制器的複合控制中，前饋控制器就直接根據參考信號變化的大小和方向，加快對被控對象的'控制，因此採用前饋—反饋複合控制器的兩者結合方式使得控制結果具有及時而又精確的特點。