电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术的仿真要点

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PWM跟踪控制技术

PWM跟踪控制技术S092233谢俊虎摘要：本文介绍了两种常用的PWM跟踪控制技术，分析了两种跟踪控制技术的的基本原理，并用MATLAB对其进行了仿真。

仿真结果和理论分析结果相符，得到了控制目的。

关键词：脉宽调制（PWM），跟踪控制技术，MATLAB仿真1 引言PWM跟踪控制技术——是一种生成PWM波形的方法。

把希望输出的波形作为指令信号，把实际波形作为反馈信号，通过两者的瞬时值比较来决定逆变电路各开关器件的通断，使实际的输出跟踪指令信号变化常用的有滞环比较方式和三角波比较方式。

2 滞环比较方式2.1 电流跟踪控制技术电流跟踪控制技术是应用最多的一种方法。

其基本原理为：把指令电流i*和实际输出电流i的偏差i*-i作为滞环比较器的输入通过比较器的输出控制器件V1和V2的通断。

V1（或VD1）通时，i增大。

V2（或VD2）通时，i减小。

通过环宽为2△I的滞环比较器的控制，i就在i*+△I和i*-△I的范围内，呈锯齿状地跟踪指令电流i*。

2.1.1参数的影响（1）滞环环宽对跟踪性能的影响：环宽过宽时，开关频率低，跟踪误差大；环宽过窄时，跟踪误差小，但开关频率过高，开关损耗增大。

（2）电抗器L的作用：L大时，i的变化率小，跟踪慢；L小时，i 的变化率大，开关频率过高。

图2-1-1 滞环比较方式电流跟踪控制举例图2-1-2 滞环比较方式的指令电流和输出电流图2-1-3 三相电流跟踪型PWM逆变电路图2-1-4 三相电流跟踪型PWM逆变电路输出波形2.1.2采用滞环比较方式的电流跟踪型PWM变流电路的特点（1）硬件电路简单。

（2）实时控制，电流响应快。

（3）不用载波，输出电压波形中不含特定频率的谐波。

（4）和计算法及调制法相比，相同开关频率时输出电流中高次谐波含量多。

（5）闭环控制，是各种跟踪型PWM变流电路的共同特点。

2.2 电压跟踪控制技术把指令电压u*和输出电压u进行比较，滤除偏差信号中的谐波，滤波器的输出送入滞环比较器，由比较器输出控制开关器件的通断，从而实现电压跟踪控制。

滞环控制

电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术的仿真桂寒 120100068摘要：电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术的仿真所采用的器件简单，利用simulink工具分析了在电流跟踪控制中采用滞环宽度并讨论了滞环宽度与开关频率和控制精度之间的关系，给出了各波形。

关键词：电流滞环控制脉宽控制滞环宽度控制法 1. 前言 2.应用PWM 控制技术的变压变频器一般都是电压源型的，它可以按需要方便地控制其输出电压，为此前面两小节所述的PWM 控制技术都是以输出电压近似正弦波为目标的。

但是，在电流电机中，实际需要保证的应该是正弦波电流，因为在交流电机绕组中只有通入三相平衡的正弦电流才能使合成的电磁转矩为恒定值，不含脉动分量。

因此，若能对电流实行闭环控制，以保证其正弦波形，显然将比电压开环控制能够获得更好的性能。

2. 电流滞环跟踪控制原理2.1 单相电流滞环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 *a i 与输出电流 a i 进行比较，电流偏差 ∆ a i 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6-23。

⏹ 如果， a i < *a i ，且*a i - a i ≥ 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a i 增大。

当增长到与*a i 相等时，虽然滞环比较器的输入信号的符号发生了变化，但HBC 仍保持正电平输出，保持导通，使a i 继续增大 ⏹直到达到a i = *a i + h ， a i = –h ，使滞环翻转，HBC 输出负电平，关断V1 ，并经过延时后驱动V4，直到电流的负半周V4才能导通。

电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术的仿真

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)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、频谱图一、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i a进行比较，电流偏差∆i a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。

一种新颖滞环PWM控制技术的仿真研究

转，又重复使ＶＴ导通。这样ＶｌＴ和交替工作，使输出电流给定值之间的偏差保持在滞环带宽２ｈ范围内，正弦波上下作锯齿状变化＿。在２
收稿日期：０９— ９５２００ —１
作者简介：李
朱（９７一）女，１７，江西南昌人，师，究方向为电气工程。讲研
对于电压型逆变器Ｐ调制技术而言，ＷＭ常用的方法主要有：正弦脉宽调制技术（ｉｕｏａＰｌｄｈＳｎｓｉｌｕｓＷｉｄｅｔ
Ｍｏｕａｏ，ＰｄｌｉＳＷＭ）特殊谐波消除调制技术（ｅｔａｏＥｉｉａｏｗＭ，ＨＰｔｎ、ＳｌｅＨｍａＪｌｎｔｎＰｅｄ￣ｍｉＳＥＷＭ）空间电压矢量调、制技术（ｐｃｅｔＷＭ，ＶＷＭ）电流滞环跟踪控制技术（ｕ￣ｔｙｔｅｉＢｎＷＭ，ＨＰＳａｅＶｃｒｏＰＳＰ和ＣｎｎＨｓｒｓａｄＰｅｓＣＢＷＭ）。这
且所需要消除的谐波数越多，越方程组越复杂，超因此该方法只适用于离线计算、在线查表的控制，能实不现实时计算、实时控制。ＳＰＶＷＭ技术具有高电压利用率、波含量低等优点，谐但是该方法在合成电压空间
ＨｒｏｉｉｏｔｎＴＤ比较大。ａｎｃＤｓｒｏ，Ｈ）ｍｓｔｉ
采用一种新颖的随机带宽滞环电流ＰＷＭ控制技术（ａｄｍＢｎｙｔｅｉＣｒｎ，ＢＣ，以扩展ＲｎｏａｄＨｓｒｓｕｒｔＲＨ）可ｅｓｅ负载电流的频谱，且还可以减小负载电流的ＴＤ而Ｈ。对ＲＨＰ原理进行了详细分析，且与传统的ＢＣＷＭ并

PWM脉宽直流调速系统设计及matlab仿真验证

PWM脉宽直流调速系统设计及matlab仿真验证1设计任务1.1双闭环调速系统结构图图1输出功率、电流反馈控制直流变频系统原理图为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实行嵌套链接，如图1所示。

把转速调节器的输出当做电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器upe。

从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。

这就形成了转速、电流反馈控制直流调速系统。

1.2双闭环直流变频系统的稳态结构图1图2双闭环直流变频系统的稳态结构图双闭环直流调速系统的稳态结构图如图2所示，两个调节器均采用带限幅作用的pi调节器。

转速调节器asr的输出限幅电压电流调节器acr的输出限幅电压udmucm?uim同意了电流取值的最大值，限制了电力电子变换器的最大输出电压。

当调节器饱和状态时，输入踢至限幅值，输入量的变化不再影响输入，除非存有反向的输入信号使调节器退出饱和。

当调节器不饱和时，pi调节器工作在线性调节状态，其作用是使输入偏差电压?u在稳态时为零。

为了同时实现电流的实时控制和快速追随，期望电流调节器不要步入饱和状态，因此对于静特性来说，只有输出功率调节器饱和状态与不饱和两种情况。

1.3双闭环直流调速系统的动态结构图图3双闭环直流变频系统的动态结构图双闭环直流调速系统的动态结构图如图3所示，图中表示转速调节和电流调节器的传递函数。

2wasr(s)和wacr(s)分别双闭环直流调速系统起动过程的转速和电流波形如图所示：图4双闭环直流调速系统起动过程的转速和电流波形例如图4右图，电机的再生制动过程中输出功率调节器asr经历了不饱和、饱和状态、脱饱和状态三种情况：第ⅰ阶段（0-t1）是电流上升阶段；第ⅱ阶段（t1-t2）是恒流升速阶段；第ⅲ阶段（t2以后）是转速调节阶段。

双闭环直流变频系统的再生制动过程存有以下三个特点：1）饱和状态非线性掌控2）输出功率市场汇率3）科东俄时间最优控制1.4系统参数选取1.4.1整流电路平均值失控时间常数ts设定pwm的开关频率为1khz，故h型双极式pwm整流的调制周期为：t=1/f=0.001s1.4.2电流滤波时间常数和输出功率滤波常数h桥式电路每个波头的时间为0.5ms，为了基本滤平波头，应有3(1~2)toi?0.5ms，因此取toi?0.0004s。

PWM脉宽直流调速系统设计及matlab仿真验证

PWM脉宽直流调速系统设计及matlab仿真验证————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：目录1．MATLAB简介 (3)3系统设计及参数计算 (5)3.1系统总体设计 (5)3．1.1 H型双极式PWM原理 (5)3．1。

2双闭环调速系统结构图 (7)3．1。

3双闭环调速系统启动过程分析 (8)3。

2电流调节器设计及参数计算 (9)3。

3转速调节器设计及参数计算 (11)4 MATLAB仿真验证 (14)4.1稳定运行时电流环突然断线仿真分析 (14)参考文献 (19)PWM脉宽直流调速系统设计及matlab仿真验证1．MATLAB简介MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。

它将数值分析、矩阵计算科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言的编辑模式,代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

[MATLAB和MATHEMATICA、MAPLE并称为三大数学软件。

它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像MAPLE等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。

2 设计分析直流双闭环调速系统调节器包括转速调节器（ASR）和电流调节器(ACR）,从而分别引入了转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实行串级连接.把转速调节器的输出当作电流调节器的输入,再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE。

滞环控制

电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术的仿真桂寒 120100068摘要:电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术的仿真所采用的器件简单,利用simulink 工具分析了在电流跟踪控制中采用滞环宽度并讨论了滞环宽度与开关频率与控制精度之间的关系,给出了各波形。

关键词:电流滞环控制脉宽控制滞环宽度控制法 1. 前言 2.应用PWM 控制技术的变压变频器一般都就是电压源型的,它可以按需要方便地控制其输出电压,为此前面两小节所述的PWM 控制技术都就是以输出电压近似正弦波为目标的。

但就是,在电流电机中,实际需要保证的应该就是正弦波电流,因为在交流电机绕组中只有通入三相平衡的正弦电流才能使合成的电磁转矩为恒定值,不含脉动分量。

因此,若能对电流实行闭环控制,以保证其正弦波形,显然将比电压开环控制能够获得更好的性能。

2、电流滞环跟踪控制原理2、1 单相电流滞环控制原理常用的一种电流闭环控制方法就是电流滞环跟踪 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,电流控制器就是带滞环的比较器,环宽为2h 。

将给定电流 *a i 与输出电流 a i 进行比较,电流偏差 ∆ a i 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6-23。

⏹ 如果, a i < *a i , 且*a i - a i ≥ 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a i 增大。

当增长到与*a i 相等时,虽然滞环比较器的输入信号的符号发生了变化,但HBC 仍保持正电平输出,保持导通,使a i 继续增大 ⏹直到达到a i = *a i + h , a i = –h ,使滞环翻转,HBC 输出负电平,关断V1 ,并经过延时后驱动V4,直到电流的负半周V4才能导通。

滞环控制

因此，若能对电流实行闭环控制，以保证其正弦波形，显然将比电压开环控制能够获得更好的性能。

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 *a i 与输出电流 a i 进行比较，电流偏差 ∆ a i 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6-23。

⏹ 如果， a i < *a i ，且*a i - a i ≥ 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a i 增大。

CRH3动车组牵引逆变器3种调制策略研究与仿真

CRH3动车组牵引逆变器3种调制策略研究与仿真丁菊霞;蒋奎【摘要】为了研究CRH3动车组牵引逆变器所适合的调制策略,分别分析了正弦脉宽调制(SPWM)、电流滞环PWM (CHBPWM)和空间矢量脉宽调制(SVPWM)这3种调制方法的基本原理,证明了SVPWM调制直流电压利用率最高,并通过Matlab/Simulink对分别采用3种调制策略的电机逆变器控制系统进行对比仿真分析.仿真结果表明,采用SVPWM调制时的定子相电流畸变率和电磁转矩脉动均很小,是适合CRH3动车组牵引逆变器采用的一种调制策略.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2014(044)006【总页数】4页(P46-49)【关键词】CRH3动车组;正弦脉宽调制;电流滞环脉宽调制;空间矢量脉宽调制;仿真【作者】丁菊霞;蒋奎【作者单位】西南交通大学峨眉校区电气工程系,四川峨眉山614202;南京航空航天大学自动化学院,江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】TM464CRH3型动车组是由我国唐山轨道客车有限公司和西门子公司合作生产的高速动车组，其运营速度达350 km/h。

CRH3型动车组采用电压型两电平三相逆变器［1-2］，并采用矢量控制策略［2］对电机进行控制，而逆变器有多种调制方式，如SP-WM 调制［3］、CHBPWM 调制［4］、SVPWM 调制［4］、SHEPWM ［3］、最小纹波电流PWM［5］等。

本文针对CRH3动车组牵引逆变器，分别对SPWM调制、CHBPWM调制及SVPWM调制的原理进行了对比分析，并把3种调制方法分别应用于电机矢量控制系统中，通过Matlab/Simulink软件对其进行计算机模拟仿真，对3种调制策略的定子相电流、电机输出电磁转矩波形进行了比较分析。

CRH3动车组牵引逆变器采用电压型二电平三相逆变器，牵引逆变器拓扑如图1所示。

当逆变器采用SPWM双极性调制时，a，b，c三相共用一个三角载波uc，而调制信号ura，urb，urc依次相差120°。

仿真PWM整流器的Matlab仿真研究

仿真PWM整流器的Matlab仿真研究摘要：随着绿色能源技术的快速发展，不可控整流引起的电磁干扰和谐波污染已经成为日益严重的问题。

本文介绍了PWM整流器的工作原理，并阐述新型的控制方法———自抗扰控制的原理，利用自抗扰控制来取代PWM 整流器的电压外环控制，以取得更优效果；最后利用Matlab 提供的电力电子工具箱在Simulink 仿真环境下进行了仿真实验，验证系统的正确性和可行性。

关键词：PWM 整流器；自抗扰控制；Matlab 仿真PWM整流器的Matlab仿真探讨一整流器的原理和现状目前，由于常规整流环节广泛采用二极管不可控整流电路或晶闸管相控整流电路，对电网注入了大量谐波及无功，给电网带来“污染”。

治理这种电网“污染”最根本的措施就是，要求变流装置实现网侧电流正弦化且运行于单位功率因数。

因此，在主电路类型上有电压型整流器（Voltage Source Rectifier，VSR）和电流源型整流器（Current Source Rectifier，CSR），两者在工业上均成功地投入应用。

由于有高电压利用率及低损耗等优点，基于空间矢量的PWM 控制在电压型PWM 整流器电流控制中取得了广泛应用，并存在多种控制方案。

目前，电压型PWM 整流器网侧电流控制有将固定开关频率、滞环及空间矢量控制相结合的趋势，以使其在大功率有源滤波等需快速电流响应的场合获得优越的性能。

本文讨论的三相桥式电压型PWM 整流器拓扑结构如图1 所示。

L 为交流侧滤波电感，电阻R 为滤波电感L 的等效电阻和功率开关管损耗等效电阻的合并。

参照参考文献1，可以推导出PWM 整流器在三相静止坐标系ABC 下的数学模型，即：由于在此坐标系下难以进行控制系统建模，因为经过坐标转换到两相同步旋转坐标系(d，q)后，可得：此时，两相同步旋转坐标系(d，q)中的q 轴分量表示成有功分量，而d 轴分量表示成无功分量。

并且有：电流内环经解耦后，可以得到控制系统如图2 所示。

电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术MATLAB仿真

交流调速系统仿真实验报告——电流滞环跟踪PWM控制技术专业：电气工程及其自动化班级：11电牵4班姓名：***在班编号：26指导老师：***实验日期：2014年10月4日一、实验名称：电流滞环跟踪PWM（CHBPWM）控制技术。

二、目的及要求了解并掌握电流滞环跟踪PWM（CHBPWM）控制电路的工作原理； 2.掌握MATLAB中对Simulink的使用及构建模块； 3.熟悉掌握用MA TLAB绘图的技巧。

三、实验原理1电流滞环跟踪PWM（CHBPWM）控制电路的原理，如图一所示：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。

如果， ia < i*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。

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。

电流滞环比较PWM控制方法探析

假设为防止同一桥臂内两开关器件同时导通而设置的死区时间可以忽略不计，则当
T1 导通 T2 关断时，
，当 T1 关断
T2 导通时，
由图可得
，
所以
。
在 ic 值小的时候，固定的环宽可能使补偿电流的相对跟随误差过大;另一方面，在 ic 值大的时候，固定的环宽又可能使器件的开关频率过高，甚至超过器件的最高工作频率，最终造成器件的损坏。针对滞环比较器环宽固定时的这一缺点，解决的方法是采用定时控制的瞬时值比较方式，其原理图如下图示。
滞环比较方式硬件电路简单，属于实时生。但该方式的不足是，补偿电流的跟随误差
控制，电流响应快，对负载的适应能力强。由是不固定的，如果从波形上看，出现的毛刺会
于不需要载波，所以输出电压中不含特定频忽大忽小。
率的谐波分量。另外，这种控制方式还可提高
参考文献
直流电压利用率，增大逆变器的输出能力。这 [1]张秀娟等.一种新型的单相统一电能质量
，
这种方法是用一个时钟定时控制的比较
器来代替滞环比较器。每个时钟周期对电流
所以开关周期
偏差判断一次，使得 PWM 信号需要至少一
个时钟周期才会变化一次，则器件的开关频
率最高不会超过时钟频率的一半。这样时钟
信号的频率就限制了器件的最高工作频率，
2 电流滞环比较控制方法的优缺点
从而可以避免器件开关频率过高的情况发
同理
，
系统将将参考补偿电流 i*c 与实际补偿电流 ic 进行比较，两者之差输入到滞环比较器中，然后用比较器的输出来控制逆变器的开关器件。设比较器的滞环宽度为 2h，当实际电流比参考电流大时，且误差大于 h 时，滞环比较器输出负电平，驱动开关器件 T1 关断，T2 导通，使实际电流减小。当减小到与给定电流相等时，滞环比较器仍保持负电平输出，T1 保持关断，实际电流继续减小，直到误差大于 h 时，滞环控制器翻转，输出正电平信号，开关器件 T1 导通，T2 关断，使实际电流增大，一直到增大到带宽的上限。以上过程重复进行，这样 T1 和 T2 交替工作，实际电流与参考电流的偏差保持在-h-+h 之间，并在给定电流上下作锯齿状变化，达到跟踪电流的目的，T1，T2 开关情况具体如下图示。

PWM脉宽直流调速系统设计及matlab仿真验证

PWM脉宽直流调速系统设计及matlab仿真验证摘要双闭环（电流环、转速环）调速系统是一种当前应用广泛的电力传动系统。

它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。

反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。

采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无差。

但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降较小等，单闭环系统就难以满足要求。

这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。

在单闭环系统中，只有电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的。

但它只是在超过临界电流值以后，强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。

在实际工作中，我们希望在电机最大电流限制的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过度过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，达到稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。

这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。

这是在最大电流转矩条件下调速系统所能得到的最快启动过程。

关键字：PWM脉宽直流调速 matlab仿真Abstract：Dual closed loop speed control system is a widely used electric power transmission system (current loop, speed loop). It has the advantages of fast dynamic response, anti-interference ability. The feedback loop control system has a good anti-interference performance, it is for all the perturbation effects on the prior to the passage of the feedback loop can be effectively suppressed. Single negative feedback and PI regulator speed closed-loop speed control system can guarantee the system stability under the premise of speed without error. But if the higher requirements of the dynamic performance of the system, such as requiring braking, sudden load dynamic downhill smaller, single closed-loop system would be difficult to meet the requirements. This is primarily because in a single closed-loop system is notcompletely in accordance with the need to control the current or torque of the dynamic process. Single closed-loop system, the only the current deadline negative feedback link is designed to control current. But it is only after more than the critical current value, a strong negative feedback effect limit the impact of the current, and is not very satisfactory control current dynamic waveform. We hope that the maximum current limit of the motor under the conditions, make full use of the motor allows overload capacity, it is best to always keep in the over-the process of current (torque) to allow the maximum, so that the electric drive system as much as possible in the actual work, start with the greatest acceleration, reach a steady speed, letting the current immediately down the torque immediately be balanced with the load, and thus transferred to the steady-state operation. At this time, the starting current square-wave, while the speed is linear growth. This is a speed control system under conditions of maximum current torque can get the fastest boot process.Keywords: PWM pulse width DC speed matlab imitationPWM脉宽直流调速系统设计及matlab仿真验证1设计任务1.1双闭环调速系统结构图图1 转速、电流反馈控制直流调速系统原理图为了使转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别引入转速负反馈和电流负反馈以调节转速和电流，二者之间实行嵌套链接，如图1所示。

一种新颖滞环PWM控制技术的仿真研究

一种新颖滞环PWM控制技术的仿真研究李宋【摘要】随着电力电子技术的发展,变流器及其控制策略在交流传动领域得到了广泛应用.对电压型逆变器来说,电流滞环跟踪PWM控制是一种实现简单、运行可靠的控制技术,但传统的电流滞环控制,负载电流在开关频率频带上的谐波失真较大,通过采用一种随机带宽滞环控制的方法,可以扩展负载电流在开关频率旁频带附近的带宽,减小负载电流的谐波失真.仿真结果验证了该方法的正确性和可行性.【期刊名称】《华东交通大学学报》【年(卷),期】2009(026)006【总页数】4页(P48-51)【关键词】随机带宽;电流滞环;计算机仿真【作者】李宋【作者单位】华东交通大学,电气与电子工程学院,江西,南昌,330013【正文语种】中文【中图分类】TM464对于电压型逆变器PWM调制技术而言，常用的方法主要有:正弦脉宽调制技术(Sinusoidal Pulse Width Modulation，SPWM)、特殊谐波消除调制技术(Seleted Harmonic Elimination PWM，SHEPWM)、空间电压矢量调制技术(Space Vector PWM，SVPWM)和电流滞环跟踪控制技术(Current Hysteresis Band PWM，CHBPWM)。

这几种方法各有优缺点［1］:SPWM调制技术具有控制简单、易实现等优点，但控制效果一般，输出电压的THD较大。

SHEPWM可以在较低的开关频率下得到品质较好的电压波形，但是该方法需要求解超越方程组，而且所需要消除的谐波数越多，超越方程组越复杂，因此该方法只适用于离线计算、在线查表的控制，不能实现实时计算、实时控制。

SVPWM技术具有高电压利用率、谐波含量低等优点，但是该方法在合成电压空间矢量时比较复杂。

CHBPWM 是通过对逆变器电流实行闭环控制，使逆变器输出电流尽可能接近于正弦，这使得电机电磁转矩近似恒定，因此可以减少噪声和机械振动，但是对于传统的电流滞环控制技术而言，它在开关频率旁频带周围基本上是没有频谱分布的。

PWM变换器跟踪控制技术概述

PWM 变换器跟踪控制技术概述PWM 变换器跟踪控制技术概述摘要：介绍了PWM 变换器跟踪控制技术的原理和研究进展。

对三种基本的PWM 跟踪控制⽅法作了对⽐分析，并简单介绍了⼏种跟踪控制的新⽅法。

关键词：PWM 变换器；跟踪控制；跟踪误差；开关频率1 引⾔脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation ，PWM ）变换技术作为电⼒电⼦技术的重要组成部分，已随着相关技术和产品的发展⼴泛应⽤到各种电⼒电⼦变换产品之中。

PWM ⽅法可分为开环调制和闭环跟踪控制两⼤类。

规则采样法和空间⽮量调制⽅法是最常⽤的开环调制⽅法。

PWM 跟踪控制就是把希望输出的电流或电压波形作为指令信号，把实际输出作为反馈信号，通过两者的瞬时值⽐较来决定逆变电路各功率开关器件的通断模式，使实际的输出动态跟踪指令信号变化。

PWM 跟踪控制属于⾮线性砰-砰控制的范畴，具有系统结构简单和响应速度快的显著优点。

由于PWM 跟踪控制⽅法属于闭环调制，因此其稳定性和输出控制精度受系统参数影响较⼩，具有很好的鲁棒性。

基本的跟踪控制⽅法包括滞环⽐较⽅法，定时⽐较⽅法和线性调节的三⾓载波⽐较⽅法。

滞环⽐较⽅法应⽤最为⼴泛，相关的学术研究也最多。

严格地说，线性调节的三⾓载波⽐较不属于跟踪控制，但是通常都把它归于跟踪控制。

本⽂⾸先概述了三种基本的跟踪控制⽅法的原理和优缺点，然后简单介绍了跟踪控制⽅法的最新研究进展。

2 ⼏种常⽤PWM 跟踪控制原理跟踪控制法中常⽤的有滞环⽐较⽅式、定时⽐较⽅式和线性调节的三⾓载波⽐较⽅式。

跟踪控制的输出可以是电流，也可以是电压。

A 滞环⽐较⽅式图1给出了采⽤滞环⽐较⽅式的PWM 电流跟踪控制单相桥式逆变电路原理⽰意图。

图2给出了其跟踪输出PWM 波形uo 和输出电流io 波形。

如图1所⽰，把指令电流ir 和实际电流if 的偏差e=ir-if 作为带有滞环特性的⽐较器的输⼊，通过其输出来控制功率器件V1、V2、V3和V4的通断。

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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。

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i a进行比较，电流偏差∆i a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，i a < i*a ，且i*a - i a ≥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i a= i*a+ h，∆i a = –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。

图3 三相电流跟踪型PWM逆变电路图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。

二、三相电流跟踪滞环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，其他参数自定。

选用的模块主要有：Mux 、Sum 、Relay、Scope 、Sine Wave 、DC V oltage Source 、Ground 、Series RLC Branch 、Multimeter 、IGBT/Diode 、Logical Operator、Terminator、V oltage Measurement 、Powergui。

2、模块参数设置Series RLC Branch1 Series RLC Branch2 Inductance(H): 0.005 ; Capacitance(F): inf; Measurements:Branch vo;tage and current注：表格中未注明的参数为默认值；Relay、Relay2、Relay4中的“Switch on point”与“Switch off point”的值的绝对值就是h，2h就是环宽。

此表格所设置的参数为E=200V，f=50HZ,带宽2h=5。

在菜单栏中选中"Simulation","Configuration Parameters、、、"将Stop time改为0.04，将Max step size改为1e-4，将Solver改为ode23tb(stiff/TR-BDF2),此时步长h=0.0001s.3、电路封装封装后的电路图如下所示：其中子系统Subsystem和Subsystem1的内部图如下：Subsystem内部图（脉冲电路图）Subsystem1内部图（主电路图）4、作图程序设计在上述电路建立完成后，执行后双击各示波器可观察触发脉冲波形、相电压和线电压波形及电流波形，使用Powergui中的FFT Analysis可观察相电压和线电压的频谱图。

建立3个M文件分别用来编写触发脉冲波形、电流波形、电压波形的作图程序，其程序设计分别如下：①触发脉冲波形作图程序②电流波形作图程序③相电压及线电压波形作图程序三、仿真波形及频谱分析（一）、环宽2h=5时的仿真波形及频谱分析1、仿真波形①触发脉冲波形②电流波形③电压波形2、频谱分析（先用powergui将信离散化，号取采样时间为1e-6s）①相电压频谱图当环宽2h=5时，输出相电压的基波（50HZ）峰值为105.6，总谐波失真（THD）为174.25%。

②线电压频谱图当环宽2h=5时，输出线电压的基波（50HZ）峰值为183.5，总谐波失真（THD）为142.12%。

③输出相电流频谱图由频谱图可知，2h=5时，输出电流的基波（50HZ）峰值为20.14，总谐波失真（THD）为10.25%。

（二）、环宽2h=20时的仿真波形及频谱分析1、仿真波形①触发脉冲波形②电流波形③电压波形2、频谱分析（先用powergui将信离散化，号取采样时间为1e-6s）①相电压频谱图当环宽2h=20时，输出相电压的基波（50HZ）的峰值为126.3，总谐波失真（THD）为134.96%，f=0时的直流分量为1.56%，谐波分量较大的有f=650HZ时的78.15%，f=550HZ时的54.16%，f=950HZ时的32.75%。

②线电压频谱图当环宽2h=20时，输出线电压的基波（50HZ）的峰值为218.6，总谐波失真（THD）为116.25%，f=0时的直流分量为2.53%，谐波分量较大的有f=550HZ时的59.73%，f=650HZ时的44.35%，f=500HZ时的21.91%。

③输出相电流频谱由频谱图可知，2h=20时，输出电流的基波（50HZ）峰值为24.26，总谐波失真（THD）为32.58%。

四、仿真结果分析与总结1、仿真波形比较由上述两组波形比较可知，当环宽2h=5时，其触发脉冲波形比2h=20时要更密集，即触发频率快，对IGBT的开关频率高；电流跟踪效果明显比2h=20时的要好，其总谐波失真也要比2h=20时小，但是可以看出在一个周期内，其电流在环宽内变化的次数也明显比2h=20时多，这与上面触发频率快相一致；其输出相电压与线电压的波形同样体现出2h=5时的开关频率比2h=20时的快，由波形的疏密容易看出。

2、电流频谱分析比较由仿真出的电流波形的频谱图对比可知，当环宽较小（2h=5）时，电流的基波分量的峰值接近于给定电流峰值（20），且总谐波失真（THD）较小为10.25%；而当环宽较大（2h=20）时，电流的基波分量的峰值较大，明显大于给定电流的峰值，且总谐波失真（THD）较大为32.58%.3、相电压、线电压频谱分析比较由仿真出的相电压与线电压的波形已经容易比较出当环宽2h=5时，其波形较密，因其为PWM波形，所以由FFT Analysis分析出来的谐波失真应该比环宽2h=20时的要大，而频谱分析结果恰好符合上述分析，2h=5时相电压总谐波失真（THD）为174.25%，而2h=20时相电压总谐波失真（THD）为134.96%，2h=5时线电压总谐波失真（THD）为142.12%，而2h=20时线电压总谐波失真（THD）为116.25%.4、总结由上述分析可知，当所给环宽小时，电流跟踪控制的精度高，电流跟踪效果好，同时电流的谐波分量也少，但是对IGBT的开关频率要求高；二当所给环宽大时，电流跟踪控制的精度就减小了，电流跟踪的效果也变差，电流的谐波分量也高，不过降低了对IGBT的开关频率要求。

所以在现实应用中，应该根据所给开关器件如IGBT的开关频率范围来选择环宽的大小，一般在开关频率允许的条件下，尽可能地选择小的环宽，这样输出的电流波形质量越高。

五、课设心得体会这次课程设计选择的题目是电流滞环跟踪PWM（CHBPWM）控制技术的仿真，也是一种PWM控制技术，由于平时上课做实验时就已经做过三相桥式SPWM逆变电路的仿真，所以这次做课设有一定的基础，遇到的问题不是太大，通过查阅资料和与同学交流学习到了许多新的知识，解决了不少问题。

首先这次课设学习了电流滞环跟踪控制的基本原理，由给定电流与反馈电流进行比较，得到偏差电流，经过滞环控制器HBC来控制逆变器上下桥臂的开关动作。

其中环宽时一个很重要的量，由它决定着开关器件的开关频率，同时也决定着输出电流的质量好坏。