基于SPWM控制的电压_电流双环逆变器建模及其仿真_图文(精)
基于SPWM调制的2种电压型四象限变流器比较与仿真
2007年第5期14基于SPWM 调制的2种 电压型四象限变流器比较与仿真宋文胜 张 雷 冯晓云（西南交通大学电气工程学院，成都 610031）摘要 在分析单相两电平和三电平四象限变流器工作原理的基础上，建立了基于理想开关函数的数学模型，介绍了其SPWM 调制原理。
通过计算机仿真对这两种变流器进行了对比，得出三电平四象限变流器是一种性能更优的AC-DC 变换装置。
关键词：四象限变流器；预测电流控制；SPWMComparison Two Voltage-source 4-quadrant Converter and theirSimulation Based on SPWM ModulationSong Wensheng Zhang Lei Feng Xiaoyun（School of Engineering Southwest Jiao Tong University, Chengdu 610031）Abstract Based on analyzing single phase two-level and three-level 4-quadrant converter’s principle, the mathematic model of ideal switch function is established, the principle of SPWM is introduced. The two converters is compared, we can come to the conclusion that three-level 4-quadrant converter is a excellent AC-DC device.Key words ：4-quadrant converter ；predictive current control ；SPWM1 引言随着电力电子技术的快速发展与成熟，高功率因数的AC/DC 变换装置已在铁路牵引传动系统得到广泛应用。
基于SPWM控制下的交流电机仿真研究
基于SPWM控制下的交流电机仿真研究摘要：本文主要论述了交流电机在SPWM控制策略控制下的转速、转矩等相关性能参数，通过利用Matlab下的Simulink模块建立交流电机仿真模型，SPWM控制策略模型，以某一交流电机为例，建立该交流电机的数学模型，根据数学模型的描述，根据确定的参数建立交流电机的仿真模型，利用matlab软件进行性能仿真，根据仿真结果分析其在该策略控制下的性能状况，为寻求更好的交流电机控制策略提供依据，为交流电机在实际应用中选取控制方式提供数据参考。
关键词:SPWM;交流电机;控制策略;仿真Abstract：The paper discusses the strategy of induction motor under the control of the SPWM control speed, torque and other related performance parameters, through the use of matlab simulink module under the established model of induction motor simulation, SPWM control strategy model to a motor, for example, set to determine parameters of induction motor performance simulation, analysis of its performance under the control of the strategic situation, to seek a better basis for induction motor control strategy.Keywords：SPWM;Induction motor;Control strategy;Simulation1.引言随着新科技成果的不断出现，及现代控制理论的发展和计算机新技术的应用，电机控制技术日新月异，新的控制策略不断涌现，这也使得交流电机开始在许多方面取代直流电机。
电压型三相SPWM逆变器建模和仿真研究
* * * 学 院本科毕业设计（论文）作者姓名 指导教师学科门类 所学专业 题 目代分类号学号 密级 提交论文日期成绩评定 Voltage-source SPWM Inverter电压型三相逆变器就是供给逆变器的交流电源是三相电电源， SPWM正弦脉宽调制法这项技术的特点是原理简单，通用性强，具有开关频率固定，控制和调节性能好，使输出电压只含有固定频率的高次谐波分量，并能够消除谐波，且设计简单等一系列的优点，SPWM 正弦脉宽调制法是一种比较好的波形改善的方法。
SPWM正弦脉宽调制法的出现为中型和小型逆变器的快速发展起到了一个重要的推动作用。
伴随着电力电子技术的高速发展，电压型三相SPWM逆变器已被广泛应用在各个领域之中，并且SPWM技术已经成为目前应用最为广泛的逆变用PWM技术。
通过电压型三相SPWM逆变器建模和仿真研究这项课题，能够加强自己对电压型三相SPWM逆变器控制原理和建模进行深入理解，并提高自己在三相电压逆变方面的计算机仿真能力，为今后自己从事交流电机控制与电源逆变相关工作打下良好的基础。
关键词：电压型；频率；SPWM；逆变器The AC power supply voltage three-phase inverter is supplied to the inverter is three-phase electric power supply, the technology of SPWM sine pulse width modulation method is simple in principle, strong versatility, with fixed switching frequency, control and regulation performance, so that the output voltage harmonic component contains only the fixed frequency, and can eliminate the harmonic, and has the advantages of simple design a series of, SPWM sine pulse width modulation method is a good waveform improvement. SPWM sine pulse width modulation method for the rapid development of medium and small inverter plays an important role in promoting. Along with the rapid development of power electronic technology, three-phase voltage-source SPWM inverter has been widely used in various fields, and the SPWM technology has become the most widely used PWM technology of inverter.Through research on Modeling and Simulation of three-phase voltage-source SPWM inverter this subject, it can make me have a strength to voltage three-phase SPWM inverter control principle and modeling a more depth understanding, and it can improve myself in the three-phase voltage inverter aspects of computer simulation ability, which can make me have a good foundation of engaged in AC motor control and power inverter related work.Key words: Voltage type; frequency SPWM; Inverter目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)1 引言 (1)2 电压型三相SPWM逆变器的工作原理及控制方法 (1)2.1 三相电压型逆变器电路 (1)2.2 SPWM控制的基本原理 (4)2.3电压型三相SPWM逆变器的实现及控制 (6)3 电压型三相SPWM逆变器的建模与仿真 (8)3.1 Simulink软件的介绍 (8)3.2 电压型三相SPWM逆变器的建模和仿真 (9)4 总结 (16)参考文献 (17)谢辞 (18)1 引言近年来，随着大功率全控型电力电子器件的研究与开发成功和应用技术的不断成熟，电能变换技术得到了突破性的进展，在一些领域中，已经开始使用各种新型逆变器电源，其中，也包括电动机。
基于MATLAB的SPWM电压型逆变器的仿真与分析
［ ２ 】 高峰 ， 俞 力 ，张 文安 等 ． 基 于作 物 水 分 胁 迫声发 射 技 术的 无 线传 感 器 网络精 量 灌 溉 系统 的初 步研 究 … ．农 业 工 程 学
报 ， ２ ０ ０ ８ ， ２ ４ （ ０ １ ） ．
能耗 等因素 。在该系统 中，水 分传 感器是用于 信 息搜集 的，其所搜集信 息数据 的准确性将直 接决 定了整个系统运用分析 的真 实可靠 性，是 该技术在 农 田土壤含水率监测 中具有 实用性的 第一 步。因此，在选择传感器 时，要 充分考虑 到农 田的环 境，使得选择 的传感器不会 受到土 壤的腐蚀 ；要充分考虑到农 田所在 的地 区，选 择那些受土 质影 响较小的传感器 ；要充分考虑 到其对土壤含水率 的分辨率，确保传感器感知
２ ｕｓ 。
下面详 述系 统模 型 中两个 重要 子模 块，
＜ ＜上 接 ７ ８页
术协议的无线通信 则是最佳选择，其不仅应用 范围极为广泛 ，且其 芯片集成度较高 ，可靠性 高，并具有低能耗 的特点 。
３ ． ２ － ３ 传 感 器 的 选 型
一
个执行 模块 由 １ 个Ｔ ｉ ｎ ｙ ＯＳ程 序 和 多 个 组 件
波。
３三相Ｓ Ｐ Ｗ Ｍ 电压型逆变器的建模与仿真
利用 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ软 件，在 Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ环境 下 的
Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ仿 真 工 具箱 搭 建 的三相 Ｓ Ｐ Ｗ Ｍ 电 压 型 逆 变 器 的 系 统 电 路模 型 。 系 统 主 电 路 实 现 的 是 交 流 ．直 流 ．交 流
要是由 Ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ来 实现 的 ，并借 助具 有 ｚ ｉ ｅ ｅ 协调 能力 的设备来促使 自身形成一个新 的网络
基于SVPWM控制的逆变器仿真研究
（13）
由图 3 和表 3 可得在各扇区内各电压矢量的切换时刻如表 4 中所示。
4 仿真
4.1 三相电压型全桥逆变器在 MATLAB/SIMULINK 下的仿真模型
根 据 上 述 逆 变 器 数 学 模 型 [ 式（1）和 式（2）]，在 MATLAB/SIMULINK 环境下建立的三相电压型全桥逆变器的通用 仿真模型如图 4 所示。
图 1 三相电压型全桥逆变器主电路图
由于同一桥臂的两个开关器件不能同时导通，可设第 i 个 开关器件导通时，Si=1；否则 Si=0（Si 称为开关变量）。
开关函数定义：
（1）
式中：k =0，1，…，6，7 分别代表逆变器工作的 8 种开关状态。 假设三相参数完全对称，则逆变器的输出相电压为：
（2）
两个零矢量施加时间的分配与pwm输出波形的谐波有关文献9介绍了零矢量时间分配与pwm波形畸变率的关系并指出在t为了使逆变器输出电压波形对称将零矢量平均分为四份在开关周期的首尾各放一份在中间放两份将两个基本电压矢量u平分为二后插在零矢量间按开关损耗较小的原则每次切换开关状态时只切换一个开关器件首尾的零矢量取u0中间的零矢量取u7这样就可以画出如图3所示的扇区的开关序列和作用时间1023ud并结合式9可得
4.2 SVPWM 在 MATLAB/SIMULINK 下的仿真模型
在 MATLAB\SIMULINK 环境下建立的 SVPWM 算法模
结合以上仿真模块建立如图 8 所示的基于 SVPWM 控制 的三相电压型逆变器仿真模型，并设置仿真参数如下：直流侧 电压 Ud=600 V，参考电压正弦波频率 f1=50 Hz，三角波频率 f2=3 150 Hz（为了保持三相系统之间的对称性，以及每相波形 正、负半周的对称性，载波比应取为 3 的整数倍，并且应为奇 数[12）] ，采样周期 Ts=1/f2，三角波幅值为 Ts/2，仿真算法为 ode3， 步长为 2e～6 s，仿真时间为 0.08 s。
SPWM波控制逆变器双闭环PID调节器的建模与仿真
SPWM波控制逆变器双闭环PID调节器的建模与仿真随着电力行业的快速发展，逆变器的应用越来越广泛，逆变器的好坏会直接影响整个系统的逆变性能和带载能力。
逆变器的控制目标是提高逆变器输出电压的稳态和动态性能，稳态性能主要是指输出电压的稳态精度和提高带不平衡负载的能力；动态性能主要是指输出电压的THD(Total Hannonic Distortion) 和负载突变时的动态响应水平。
在这些指标中对输出电压的THD 要求比较高，对于三相逆变器，一般要求阻性负载满载时THD 小于2%,非线性满载(整流性负载)的THD 小于5%.这些指标与逆变器的控制策略息息相关。
文中主要介绍如何建立电压双环SPWM 逆变器的数学模型，并采用电压有效值外环和电压瞬时值内环进行控制。
针对UPS 单模块10 kVA 单相电压型SPWM 逆变器进行建模仿真。
通过仿真，验证了控制思路的正确性以及存该控制策略下的逆变器所具有的鲁棒性强，动态响应快，THD 低等优点。
并以仿真为先导，将其思想移植到具体开发中，达到预期效果。
1 三电平逆变器单相控制模型的建立带LC 滤波器的单相逆变器的主电路结构如图1 所示。
图1 中L 为输出滤波电感，C 为滤波电容，T1,T2,T3,T4 分别是用来驱动IGBT 的三电平的SPWM 波，U0 为输出负载两端的电压。
在建立控制系统的仿真模型时，需要采集负载两端的电压与实际要求的电乐值做比较，然后通过调节器可以得到所需要调节的值。
在此仿真模型中，驱动波形采用的是三电平的SPWM 波形，具体的产生原理在这不做详细描述。
在Matlah 的Simlink 库中SPWM 波的产生如图2 所示，这里调制比设为0.8。
图1 三电平逆变器单相主电路图2 四相SPWM 产生电路。
SPWM波控制单相逆变器双闭环PID调节器的Simulink建模与仿真
SPWM波控制单相逆变器双闭环PID调节器的Simulink建模与仿真随着电力行业的快速发展，逆变器的应用越来越广泛，逆变器的好坏会直接影响整个系统的逆变性能和带载能力。
逆变器的控制目标是提高逆变器输出电压的稳态和动态性能，稳态性能主要是指输出电压的稳态精度和提高带不平衡负载的能力;动态性能主要是指输出电压的THD(Total Hannonic Distortion)和负载突变时的动态响应水平。
在这些指标中对输出电压的THD 要求比较高，对于三相逆变器，一般要求阻性负载满载时THD 小于2%,非线性满载(整流性负载)的THD 小于5%.这些指标与逆变器的控制策略息息相关。
文中主要介绍如何建立电压双环SPWM 逆变器的数学模型，并采用电压有效值外环和电压瞬时值内环进行控制。
针对UPS 单模块10 kVA 单相电压型SPWM 逆变器进行建模仿真。
通过仿真，验证了控制思路的正确性以及存该控制策略下的逆变器所具有的鲁棒性强，动态响应快，THD 低等优点。
并以仿真为先导，将其思想移植到具体开发中，达到预期效果。
1 三电平逆变器单相控制模型的建立带LC 滤波器的单相逆变器的主电路结构如图1 所示。
图1 中L 为输出滤波电感，C 为滤波电容，T1,T2,T3,T4 分别是用来驱动IGBT 的三电平的SPWM 波，U0 为输出负载两端的电压。
在建立控制系统的仿真模型时，需要采集负载两端的电压与实际要求的电乐值做比较，然后通过调节器可以得到所需要调节的值。
在此仿真模型中，驱动波形采用的是三电平的SPWM 波形，具体的产生原理在这不做详细描述。
在Matlah 的Simlink 库中SPWM 波的产生如图2 所示，这里调制比设为0.8.。
三相双极性SPWM逆变电路的建模及应用仿真
三相双极性SPWM逆变电路的建模及应用仿真1.三相电压型逆变电路三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路。
应用最广的是三相桥式逆变电路，可看成由三个半桥逆变电路组成。
1.1 180°导电方式：每桥臂导电180º，同一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差120º，任一瞬间有三个桥臂同时导通，每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵向换流。
图1-1 三相电压型桥式逆变电路波形分析：图1-2 电压型三相桥式逆变电路的工作波形负载各相到电源中点N´的电压：U相，1通，u UN´=U d/2，4通，u UN´=-U d/2负载线电压1-1负载相电压1-2负载中点和电源中点间电压1-3负载三相对称时有u UN+u VN+u WN=0，于是1-4 利用式(5-5)和(5-7)可绘出u UN、u VN、u WN波形。
负载已知时，可由u UN波形求出i U波形，一相上下两桥臂间的换流过程和半桥电路相似，桥臂1、3、5的电流相加可得直流侧电流i d的波形，i d每60°脉动一次，直流电压基本无脉动，因此逆变器从直流侧向交流侧传送的功率是脉动的，电压型逆变电路的一个特点。
1.2 定量分析：a、输出线电压u UV展开成傅里叶级数1-5 式中，，k为自然数输出线电压有效值1-6基波幅值1-7基波有效值1-8b、负载相电压u UN展开成傅里叶级数得：1-9式中， ，k 为自然数负载相电压有效值1-10基波幅值1-11基波有效值1-12防止同一相上下两桥臂开关器件直通，采取“先断后通”的方法。
2.三相逆变器SPWM 调制原理2.1.PWM 控制的基本思想PWM 控制技术在逆变电路中的应用十分广泛，目前中小功率的逆变电路几乎都采用了PWM 技术。
常用的PWM 技术主要包括：正弦脉宽调制(SPWM)、选择谐波调制（SHEPWM ）、电流滞环调制（CHPWM ）和电压空间矢量调制（SVPWM ）。
双环反馈控制的SPWM逆变电源中电流环的设计(精)
陈元娣,朱忠尼,林
洁
(空军雷达学院电子对抗系,武汉
430019
摘要:针对目前电流环的设计方法不明确的问题,通过建立DC/AC系统的动态模型并对该模型进行理
论上的推导和分析得出了电流环的设计方法.该方法在系统参数不完全明确的情况下,电流内环尽量采取PI调节器,将使系统的稳定性更好,参数调整比较方便,能满足一定的带宽和动态特性.通过仿真实验验证了理论推导的正确性.
[2]Navid R Zargari , Phoivos D Ziogas , Geza Joos . A Two-Switch high-performance Current Regulated DC/ACCon-verter Module [J ]. IEEE Trans on Industry Applications , 1995, 31(3 :583-589.
1系统动态模型的简化设计原则
图1是SPWM正弦波逆变器的功率电路原理
框图.图2是其等效模型,图中T 1=L /r为滤波器电感的时间常数, r为滤波电感直流电阻, T
为电压检测电路
的延迟时间常数, LT为电流环, SPWM控制器加逆
变器的等效模型为
G 1=
K
PWM
U
ab
s Ls +r s
s
I
o =I
c
s
s
s
T 1
s i
s +
1
s
K p
i
s
(7
特别是当
s
s
T
(8
从式(6和式(8可看出来,只要PI调节器满足
4
i
=T 1条件在实际设计过程中很难完全满
一种基于SPWM控制的逆变器设计与仿真
方 案 的复杂 程度 。无论 是分 裂 电容式 三桥 臂还 是 四 桥 臂式 的逆 变器 拓 扑结 构 ， 都是 通 过 引 出 中线来 调
ｂ ｌｔ ｆｉ ｒｉｌｓ ｓｅ ｉ ｎ ｒ ａ ｅ ｉｉｙ ｏ ｎｅｔａ ｙ ｔｍ ｓｉ ｃ ｅ ｓ ｄ． Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ： Ｗ Ｍ ；ｎｖ ａｅ ； ＡＴＬＡＢ； ｏ ｂ ｅ ｏ ｐ ｃ ｎ ｒ ｌ ＳＰ ｉ ｅ ｒＭ ｄ ｕ ｌ －ｌ ｏ ｏ ｔｏ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ０ 引 言
近 年 来 ， 着 生产 生 活 中对 电源 质 量要 求 的不 随
摘
要： 设计一种基 于 Ｓ ＷＭ控制 的逆 变器 ， Ｐ 通过增加 Ｂ ｏｔ ｏｓ 升压 电路 ， 成 了逆 变器母 线 电压 的闭环 控制 ， 完 同
时用 Ｓ ＷＭ 的占空比对逆 变器输出 电压进行 闭环 ， Ｐ 从而实现双闭环控制 ， 增加了逆变器 的功率和对不平 衡负载情 况
的处理 ， 并运用 ＭＡ Ｌ Ｂ对控制策略进行仿真 验证 ， 明双闭环控制和增加 Ｂ ｏｔ ＴＡ 证 ｏｓ 的逆变 器设计 能够提 高逆变器 对
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｄ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｎ Ｉ ｅ ｔ ｒ Ｂａ ｅ ｎ ＰＷ Ｍ ｎｔ ｏ ｓｇ ｎ Ｓ ｍ ｌ ｔｏ ｆ ａ ｎｖ ｒ ｅ ｓ ｄ ｏ Ｓ Ｃｏ ｒ ｌ
Ｙ Ｎ ｉ － ｅ， Ｕ Ａ Ｇ Ｊ ｇ ｗ ｉＬ ｎ
，Ｉ ｈ ｎ ｎ Ｚ Ａ Ｇ Ｙ 币 Ｌ ｅｇ ， Ｈ Ｎ ｕ Ｓ
三线制 ， 但是这种逆变器只能给平衡负载供电， 在带
不平 衡 负 载 逆 变 器 中越 来 越 多地 采 用 了三 相 四线 制， 其主 要 区别在 于 三 相 四线 制 系统 通 过 不 同 的方
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第4卷中国舰船研究第4卷第5期2009年10月中国舰船研究Chinese Journal of Ship Research Vol .4No.5Oct.2009收稿日期:2008-09-03作者简介:朱承邦(1963-,男,高级工程师。
研究方向:雷达应用1引言现代科技发展日新月异,各类电气设备对电源的品质要求也越来越高。
逆变供电作为一种有效的电力供应形式,已广泛应用于生产生活的各个领域。
为了不断改善逆变器输出性能,人们发展出了多种逆变器控制方法,常见的有:电压瞬时值控制、电流滞环控制、电流预测控制、鲁棒控制[1]、重复控制[2,3]、滑模控制[4]及SPWM 电流控制等。
就各种逆变器控制策略的特点来看,基于SPWM 的电压电流双环逆变器控制是一种较好的控制方法[5,6]。
本文针对电压电流双环逆变器控制模型,设计了电流内环和电压外环的控制参数,对设计的双环控制逆变器模型进行了仿真分析,分析结果基于SPWM 控制的电压、电流双环逆变器建模及其仿真朱承邦1李乐2王晓鹏21大连船舶重工集团有限公司军事代表室,辽宁大连1160052中国舰船研究设计中心,湖北武汉430064摘要:基于SPWM 的电压电流双环逆变器控制相对其他逆变器控制策略具有一定优越性,但其控制器参数设计却是一个重点和难点。
针对逆变器的SPWM 电压电流双环控制策略,建立了系统的控制模型,设计了电流内环和电压外环的控制器参数,并根据经典控制理论的判据,分别对控制器电流内环和电压外环参数进行了理论验证。
最后根据设计的控制器参数,对SPWM 电压电流双环控制系统模型进行了仿真分析,结果表明,系统设计合理,效果满意。
关键词:SPWM ;逆变器;电压电流双环;仿真中图分类号:TM743文献标志码:A文章编号:1673-3185(200905-54-05Modeling and Si mulation of Voltage and Current Double Loop Control Based on SPWM InvertersZhu Cheng-bang 1Li Le 2Wang Xiao -p eng 21The Naval Representative Office ,Dalian Shipbuilding Heavy Industry Co.,Dalian 116005,China2China Ship Development and Design Cent er ,Wuhan 430064,ChinaAbstract :Comparing with other inverters control strategy ,voltage and current double loop control based on SPWM inverters are superior in capabilities though the controller parameters design is significant and difficult.In this paper ,the system controlmodel has been constructed in term s of inverters of SPWM voltage and current double loop control strategy ,and the current inner loop and voltage outer loop controller parameters design has been proposed with theoretical validation of classic control theory criterion.T he SPWM voltage and current double loop control system model simulation provided with designed controller parameters show s that the system design is reasonable and the effect is satisfying.Key words :SPWM ;inverter ;voltage and current double loop ;simulation第5期证明了系统参数设计的合理性。
2双环控制逆变器结构基于SPWM的电压电流双环逆变器控制原理图如图1所示,外环为瞬时电压环控制,输出电压与参考正弦基准比较,误差信号经过PI控制器调节后作为电流内环基准;内环为电流环,电感电流瞬时值与电流基准比较产生的误差信号与三角波载波比较后产生SPWM控制信号。
由于采用电感电流作为内环,因此这种控制方法有输出限流的功能,即使在输出短路的情况下,输出电流也不会很大,而是被限定在设定的电流值。
这增加了系统的可靠性,对逆变器过载有较好的保护作用。
3控制器参数设计忽略电感L、电容C的寄生电阻,电压电流双环逆变器控制框图[7]如图2所示。
其中E为直流母线电压,R为负载阻抗,L为滤波电感值,C为滤波电容值,K L为内环电流检测系数,K U为外环电压检测系数,K PWM为PWM环节等效增益。
输出电压与给定参考信号相比较,得到的误差信号经外环PI调节器(K p s+K I/s,其输出作为内环给定信号。
内环给定信号与输出电流比较,得到的误差信号经内环比例调节器K倍运算,得到了内环的控制信号,最后送入PWM调制器控制PWM脉冲的产生。
3.1电流内环设计根据图2的电压电流双环逆变器控制框图[8],提取其中的电流内环部分作为分析和研究的对象[9]。
由于电流内环中间含有反馈分量输出电压U O,为了简化设计过程,我们假定在一个开关周期内,输出电压U O近似不变,得到简化的电流内环框图3。
假设不存在比例系数K时,电流内环的开环传递函数为:G LK=K LLs(1此时电流通路为一阶系统,当添加了比例系数为K反馈环后,系统的开环传递函数为:G LK′=KK L(2假设电流检测装置的输入输出比值为1∶500,检测电阻选取为200Ω,由此得到比例系数K L为:K L=1500×200=0.4(3根据理论上的限制是将剪切频率设定为开关频率的一半,为了达到较好的控制效果,以少于1/5的开关频率(F s=20kHz来使用较为恰当。
因此,选择剪切频率为4kHz。
将各参数代入式(2,可得出比例系数k的取值。
K×0.41.2×10-3×(jωω=2π×4000=1(4求解式(4得:K=75。
通过各个系数可得电流内环的闭环传递函数G LB为: G LB=KK LLs1+KK LLs=25000s+25000(5由式(1和式(2可得G LK=K L=333.33(6G LK′=KK LLs=25000s(7根据式(6和式(7分别画出开环传递函数伯德图,其中图4(a为无比例环节的电流开环传递函数伯德图,(b为有比例环节的电流开环传递函数伯德图。
朱承邦等:基于SPWM控制的电压、电流双环逆变器建模及其仿真55第4卷中国舰船研究通过图4可以明显看出,增加了比例系数K 后的电流开环传递函数伯德图在幅频特性L (ω≥0的频段内,相频特性φ(ω并不穿越-π线,而系统的开环传递补函数在S 平面右半部无极点,故系统在闭环时必然稳定。
3.2电压外环设计设计电压环时,这里认为电流环的输出已经能够跟踪输入,在设计电压外环的过程中,将电流环等效于增益为1的比例环节,电压外环框图如图5。
在电压外环没有加入PI 调节器以前,电压外环的开环传递函数G UK 为:G UK =K U RRCs +1(8为了使系统能够得到更好的动态性能,消除输出电压U O 的稳态误差,这里引入PI 调节器进行补偿,其开环传递函数G UK ′:G UK ′=K P s +K I s K U R RCs +1=K U R (K P s +K I s (RCs +1(9这里设定电压环的电压检测系数K U =0.01,电阻R =50Ω,电容C =10μF 。
没有加入PI 调节器以前,电压外环由比例环节和惯性环节组成,系统的转折频率ωC 为:ωC =1RC=2000rad /s(10PI 环节的转折频率设为3140rad /s ,添加了PI 环节后整个系统的剪切频率为6280rad /s ,联立式(8和式(9,建立以下方程。
K I K P=3140K U R (K P s +K I s =j 6280=≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥≥1(11求解式(11得K P =5.89K I=1849≥5得到PI 控制器的传递函数G PI 为:G PI =5.89s +18495s(12由式(9和式(12,计算出加入了PI 控制器的电压闭环传递函数G UB :G UB =K U R (K P s +K I s (RCs +11+K U R (K P s +K Is (RCs +1=5.89×103s +1.85×107(13通过式(8和式(9分别求得G UK =1000s +2000(14G UK ′=5890s +1.85×107(15根据式(14、式(15分别画出各开环传递函数的伯德图,其中图6(a 是PI 补偿前电压环的开环传递函数伯德图,图6(b 是PI 补偿后电压环的开环传递函数伯德图。
可以看出,PI 补偿后电压环的开环传递函数伯德图相角裕量为81.5°,闭环系统具有较好的稳态裕量。
4逆变器的仿真分析在MATLAB 的Simulink 模块仿真环境中,建立了基于SPWM 的电压电流双环控制逆变器仿真模型[10-12],表1是建模系统的主要参数,仿真结(a 无比例环节555045403530M a g n i t u d e /d BFrequency /rad ·s-1-89-89.5-90-90.5-91P h a s e /(°100101(b 有比例环节图4电流环的开环传递函数伯德图908580757065M a g n i t u d e /d BFrequency /rad ·s -1-89-89.5-90-90.5-91P h a s e /(°10010156第5期表1逆变器的主要参数母线电压E /V 滤波电感L /mH 滤波电容C /μF 负载R /Ω输出电压有效值U O /V输出频率F /Hz 采样频率F s /Hz4501.210502205020000果见图7。
图7(a 和(b 是逆变器从满载到断路时输出电流和电压的波形,(c 和(d 是逆变器从半载到满载时输出电流和电压波形。