电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术的仿真要点.pdf
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1、目录 摘要1 关键词1 一、电流滞环跟踪控制原理2 二、三相电流滞环跟踪控制系统的仿真 5 1、建立系统仿真模型5 2、模块参数设置6 3、电路封装8 4、 作图程序设计10 三、仿真波形及频谱分析12 四、仿真结果分析与总结18 1、 仿真波形比较18 2、电流频谱分析比较19 3、相电压、线电压频谱分析比较 19 4、总结19 五、课设心得体会20 六、参考文献21 1 摘要: 滞环控制是一种应用很广的闭环电流跟踪控制方法,通常以 响应速度快和结构简单而著称。在各种变流器控制系统中,滞环 控制单元一般同时兼有两种职能,一则作为闭环电流调节器,二 则起着 PWM 调制器的作用,将电流参考信号
2、转换为相应的开关 指令信号。然而,滞环控制的开关频率一般具有很大的不定性, 高低频率悬殊,其开关频率范围往往是人们在进行滞环控制系统 设计师比较关心的重要方面,只有明确开关频率的计算方法,才 便于进行开关器件、滤波参数及滞环控制参数的选择。 电流跟踪型逆变器输出电流跟随给定的电流波形变化,这也 是一种 PWM 控制方式。电流跟踪一般都采用滞环控制,即当逆 变器输出电流与给定电流的偏差超过一定值时,改变逆变器的开 关状态,使逆变器输出电流增加或减小,将输出电流与给定电流 的偏差控制在一定范围内。 关键词:电流滞环跟踪 PWM、闭环控制、滞环控制器 HBC、环宽、电流偏差、开关频率、响应波形、频谱
3、图 2 一、电流滞环跟踪控制原理 常用的一种电流闭环控制方法是电流滞环跟踪PWM ( Current Hysteresis Band PWM CHBPWM )控制, 具有电流滞环跟踪PWM 控 制的PWM 变压变频器的A 相控制原理如1 图所示。 图 1 电流滞环跟踪控制的A 相原理图 图中, 电流控制器是带滞环的比较器,环宽为 2h。将给定电流i* a 与 输出电流ia进行比较,电流偏差ia 超过时h,经滞环控制器HBC 控制逆变器A 相上(或下)桥臂的功率器件动作。B、C二相的原理图 均与此相同。采用电流滞环跟踪控制时,变压变频器的电流波形与PWM 电压波形示于图4。 如果, ia i*
4、a , 且 i* a - ia h, 滞环控制器HBC 输出正电平, 驱动上桥臂功率开关器件V1 导通,变压变频器输出正电压,使增 大。当增长到与相等时,虽然,但HBC 仍保持正电平输出,保持 导通,使继续增大 直到达到ia = i* a + h ,ia = h ,使滞环翻转, HBC 输出负电 平,关断V1 ,并经延时后驱动V4 但此时未必能够导通,由於电机绕组的电感作用,电流不会反向,而 3 是通过二极管续流,使受到反向钳位而不能导通。此后,逐渐减小,直到 时, ,到达滞环偏差的下限值,使HBC 再翻转,又重复使导通。这样, 与交替工作,使输出电流给定值之间的偏差保持在范围内,在正弦波上下
5、 作锯齿状变化。从图2 中可以看到,输出电流是十分接近正弦波的。 图 2 电流滞环跟踪控制时的电流波形 图 2 给出了在给定正弦波电流半个周期内的输出电流波形和相应的相 电压波形。可以看出,在半个周期内围绕正弦波作脉动变化,不论在的上 升段还是下降段,它都是指数曲线中的一小部分,其变化率与电路参数和 电机的反电动势有关。 图 3 三相电流跟踪型PWM 逆变电路 4 图 4 三相电流跟踪型PWM 逆变电路输出波形 因此, 输出相电压波形呈PWM 状,但与两侧窄中间宽的SPWM 波相 反,两侧增宽而中间变窄,这说明为了使电流波形跟踪正弦波,应该调整 一下电压波形。 电流跟踪控制的精度与滞环的环宽有
6、关,同时还受到功率开关器件允 许开关频率的制约。当环宽选得较大时,可降低开关频率,但电流波形失 真较多,谐波分量高;如果环宽太小,电流波形虽然较好,却使开关频率 增大了。这是一对矛盾的因素,实用中,应在充分利用器件开关频率的前 提下,正确地选择尽可能小的环宽。 电流滞环跟踪控制方法的精度高,响应快,且易于实现。但受功率开 关器件允许开关频率的限制,仅在电机堵转且在给定电流峰值处才发挥出 最高开关频率,在其他情况下,器件的允许开关频率都未得到充分利用。 为了克服这个缺点,可以采用具有恒定开关频率的电流控制器,或者在局 部范围内限制开关频率,但这样对电流波形都会产生影响。 5 二、三相电流跟踪滞环
7、控制系统的仿真 使用 MATLAB软件中的Simulink 和 SimpowerSystems 工具箱构建三 相电流跟踪滞环控制系统的仿真模型。 1、建立系统仿真模型 仿真参数为:E=100-300V; f=50Hz; 带宽 2h=5-30; 步长 h=0.0001s,其 6 他参数自定。 选用的模块主要有:Mux 、 Sum 、 Relay、 Scope 、Sine Wave 、 DC Voltage Source 、 Ground 、 Series RLC Branch 、Multimeter 、 IGBT/Diode 、Logical Operator 、Terminator、Volta
8、ge Measurement 、 Powergui。 2、模块参数设置 Sine Wave Amplitude: 20 ; Bias: 0; Frequency(rad/sec): 100*pi ; Phase (rad):0; Sample Time:0 Sine Wave1 Amplitude: 20 ; Bias: 0; Frequency(rad/sec): 100*pi ; Phase(rad) :-4*pi/3; Sample Time:0 Sine Wave2 Amplitude: 20 ; Bias: 0; Frequency(rad/sec): 100*pi ; Phase(
9、rad) :-2*pi/3; Sample Time:0 Sum Icon shape:round; 7 List of signs:|+-; Sample time:-1 Multimeter2 Ib:Series RLC Branch Multimeter4 Ib:Series RLC Branch2 Multimeter5 Ib:Series RLC Branch1 Relay、Relay2、Relay4 Switch on point:2.5; Switch off point:-2.5; Output when on:1; Output when off:0 Scope Number
10、 of axes:3; Variable name:b Scope1 Number of axes:4; Variable name:c Scope2 Number of axes:6; Variable name:a Logical Operator Logical Operator1 Logical Operator2 Operator:NOT; Number of input ports:1 DC Voltage Source DC Voltage Source1 Amplitude(V):100; Measurements:voltage Series RLC Branch Resis
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