3.3.4 S3R调节器电路模型
S3R全母线调节架构如图3-21所示，S3R分流调节控制电路通过采样母线电压获得功率信息，产生控制信号在分流域、充电域和放电域三个域内分别对分流调节器、充电控制器及放电控制器进行调节，实现整个轨道周期的电源母线调节。
图3-21 S3R全母线调节架构
S3R调节原理为母线主误差放大电路（Main Error Amplifier，MEA）输出信号在一定范围内与S3R的一定工作模式对应。当负载减轻时，母线电压升高，MEA电压升高，分流电路依次进入分流状态；反之，当负载加重时，母线电压降低，MEA电压降低，分流电路依次进入供电状态。
3.3.4.1 S3R电路线性模型和控制闭环设计
1）功率级模型及其线性化
S3R控制环路模型可以简化成由误差电压作为控制输入端，输出电流作为最终控制结果的模型，如图3-22所示。忽略迟滞比较器的非线性功能，将n个滞环控制器按照滞环电压与所对应的电流排列起来，如图3-23所示，虽然两级不是完全按照对角线连接起来的，但是随着级数的增加，可以把它近似线性化，简化控制系统设计。
图3-22 功率级模型
图3-23 模型的线性化
得出电压控制滞环回路的线性方程为
式中，ISAS为每个太阳能电池子模块的最大输出电流；UHn为第n级迟滞比较电路的比较上限；UL1为第1级迟滞比较电路的比较下限。
2）控制环路设计
S3R电路控制环路的工作原理为当方阵供电电流超出负载要求时，母线电容充电，母线误差放大信号UMEA升高并达到回差比较电路设计的比较上限时，对应分流开关管短路。当方阵供电电流不满足负载要求时，母线电容放电，母线误差放大信号UMEA下降并达到回差比较电路设计的比较下限时，对应分流开关管开路。
3.3.4.2 MEA线性模型和控制闭环设计
1）系统控制带宽
MEA主误差放大电路本质上是一个比例积分控制器，如图3-24所示。采用比例积分调节器，不但增强了系统带宽，而且使直流误差趋近于0，并简化了系统设计。MEA电路传递函数为
图3-24 主误差放大器电路
不考虑滞环控制上产生的延迟，将控制环路简化成图3-25所示线性系统。Uref为MEA电路参考电压，Ubus为母线电压，K为反馈环路增益，Cbus为母线滤波电容值，RL为母线负载。电路输出阻抗：
图3-25 S3R电路模型
由线性理论，S3R电路控制带宽频率也就是输出阻抗的分母为0时的计算结果，此时，计算出母线控制环路的带宽为
如母线输出电压Ubus取42 V，参考电压Uref=6.4 V，则反馈增益K=0.152；令输出中频阻抗＜20 mΩ，跨导增益G取35，则可确定MEA中的比例增益。为了保证系统的相位裕度大于60°，PI环节的积分时间常数一般设计为母线带宽频
2）PI调节器参数的确定
由式（3-65）得率的1/10～1/20。因此可以确定积分电容，即
3）闭环的工作频率
负载供电限制频率只与负载及负载电容有关。母线电压纹波范围已经限定，纹波大小为（UH-UL）bus，假设负载电流为IL，T1为母线电容充电时间，T2为母线电容放电时间，T为母线调节周期。
根据能量平衡原理，有
母线电压纹波变化为
由式（3-71）可知，S3R电路频率并不是随着供给母线的电流增加而增加的，而是呈现图3-26所示波形关系。
由式（3-68）～式（3-70），解得负载供电限制频率fbus：
图3-26 母线频率随负载电流的变化示意图
当负载电流IL=0.5ISAS，即占空比D=0.5时，频率最大。最大频率为
