现代电力传动理论与技术——第三讲共57页

ijk1
i(tk) (i*(tij)i(tij))
3-6
ij0
其中t0=0, i(0)=0。由式3-5和3-6可得
ijk1
U*(tk)R i*(tij)i(tij)
ij0
3-7
TLs R 2i*(tk)i(tk) ue(tk)
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3.1.2 基于模型的电流控制
Ø 对应于式3-7的通用结构如图3.7所示，包括一个PI控制器和扰动解耦 项ue(tk) 的形式：
现代电力传动理论与技 术——第三讲
聪明出于勤奋，天才在于积累
信息科学与工程学院
现代电力传动理论与技术
二O一五年三月
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第3章 广义负载的电流控制
Ø本章主要考虑单相和三相电压源变换器电流控制技术
3.1 单相负载的电流控制
3.1.1 滞环电流控制 Ø 首先结合图3.1定义所谓的滞环概念 Ø 图3.1通用滞环模型输入为x，输出为y。输出y有两种状态：-1和1
Ø 该模型输入为采样参考电流i*和负载电压ue，输出为平均参考电压 UM * (tk )
U M * ( tk ) R * ( tk ) i T L s R 2 i* ( tk ) i* ( tk ) u e ( tk )
3-9
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3.2 三相负载的电流控制
Ø 对于电压源变换器，通常依靠空间矢量来扩展到三相电流控制。该方法是
第3章 广义负载的电流控制
Ø 结合2.2节中的半桥变换器，通过增加一个电流控制器模块和一个电 流检测器，则该变换器结构可适用于滞环电流控制，如图3.2所示
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第3章 广义负载的电流控制
Ø 根据通用表示，可以得到滞环电流控制器的一个实现例程如图3.3 所示
Ø 该模块结构包括两个比较器：比较器A和1 比较器B
Ø 实际应用中，为了数字实现，需要对上式进行离散化。采用一阶近 似法可得：
U * ( tk ) R ( tk )i T L s R 2 i* ( tk ) i( tk ) u e ( tk ) 3-5
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3.1.2 基于模型的电流控制
Ø 理想情况下（每次采样电流误差为零时），电流i(t3)可表示为 i ( t 3 ) ( i * ( t 2 ) i ( t 2 ) ( i ) * ( t 1 ) i ( t 1 ) i * ) ( 0 ) ，该误差之和可表示为 ：
i/2
Ø 比较器A为标准滞环比较器，双极性输出 。i* 其i 输 出i/通2过一个
增益模块反馈到输入。因此，其输出状态S由w
Sw 1 决定。
Ø 比较器SwtB用于产生两个开S关wb的逻辑信号 。其Sw中0 对应于一个闭合的 上开关 和关断的下开关 (见图3.2)。反之， 对应于闭合的下开关
Ø 控和制关器断的的上基开本关动。作是保持
Ø 控制方法的目标是 确定使上述电流误差 快速为零而所需的平 均电压参考值。由此 得到条件i*(t1)=i(t2) Ø 在每个采样间隔使 电流误差为零的控制 目标可表示为下式
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Fig3.6 基于模型的电流控制
3.1.2 基于模型的电流控制
i(tkT s)i*(tk)
3-1
Ø 调制器控制变换器开关的方式应满足下式的条件
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Fig3.5 单相滞环电流控制示例仿真结果
3.1.2 基于模型的电流控制
Ø 结合图3.6讨论控制思想的本质。图中给出了采样参考电流i*(t)和变换器电流
i(t)，这些电流由控制器在0, t1, t2,….时刻进行采样。 Ø 在t=t1时刻，采样参考电流和变换器电流之间存在误差i*(t1)- i(t1)
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3.1.2 基于模型的电流控制
Ø 在本例中，离散控制器中的比例系数Kp 和积分Ki形定义为：
Kp
L Ts
R 2
3-8a
R
K i Ts
3-8b
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ø 实际应用中，当达到系统极限时，比例积分控制器容易产生积分饱和
Ø对于本例来讲，当比例积分控制器的参考平均电压超过变换器的最大 值时会发生积分饱和。此时，在控制器输入端会产生电流误差，由此造
Ø 图3.4(b)给出了负
载电压和假设感应 电动势ue的波形 Ø 图(c)和(d)可看到 对应的细节
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Fig3.4 单相滞环电流控制示例仿真结果
3.1.2 基于模型的 电流控制
Ø 基于模型的控制是
指假设负载（此处指 电机）特性已知的控 制方法。如图3.5所示
Ø 图中控制器的基 本任务是在采样间 隔初始点tk处计算所 需的采样电压，该 电压用于使得电流 误差在采样间隔结 束处为零
成积分器的输出斜率进一步增大或减小
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3.1.2 基于模型的电流控制
Ø 图3.8给出了一个基于模型的电流控制仿真结果示例
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3.1.3 基于增强模型的电流控制
Ø上节中，在比例积分控制器中增加扰动解耦项ue，并采用基于模型的控制方法 来推导其增益。
Ø下图给出一种基于负载离散模型的改进方法，称为基于增强模型的控制方法
建 Ø矢立量图在的中三幅的相值负为电载流电ue之压/ 和矢e为量零为的ue基，础磁上通，矢此量时为控制e ，电在流恒的定自矢由量度转降速为2e。下，磁通
U*(tk)T 1s
tk1su(t)dt
tk
3-2
式中u为负载Z（由电阻R、电感L和电机的反电动势电压ue串联组 成）两端的电压，可以表示
uR iLd dtiue
3-3
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3.1.2 基于模型的电流控制
Ø 根据式3-2和3-3，参考平均电压可表示为：
U * ( t k ) T R st t k k T s i ( t ) d T L s ti i ( ( t t k k ) T s ) d T 1 s it t k k T s u e ( t ) d3t-4
Fig3.1 通用滞环模型和传递函数
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第3章 广义负载的电流控制
Ø 滞环用于描述一个非奇异过渡过程。若输出状态 y1，则当满足条件
x/2时，输出变为 y 1 ； Ø反之，若输出状态 y 1，则当满足条件 x/2时，输出变为 y1 Ø 变量 用来定义过程中表现出的滞环程度
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Fig3.1 通用滞环模型和传递函数
负载电流位于限幅值 i*i/2
之间，其中 i 和 i* 为用户自 定义参数
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Fig3.3 滞环电流控制器的通用结构
第3章 广义负载的电流控制
Ø 该电流控制器产生的典型波形如图3.4所示
Ø 图3.4(a)中可清楚
看到负载电流（蓝 色）波形和参考电 流（绿色）波形， 证明控制器具有保 持电流在一定滞环 带宽内的能力