双环反馈控制的SPWM逆变电源中电流环的设计(精)
大功率逆变器输出波形的双环控制
大功率逆变器输出波形的双环控制夏星煜;邹广平;荣军【摘要】根据大功率高性能逆变器技术要求,提出了一种电压外环,电流内环的双环控制方式,并通过matlab建模仿真验证了其控制方式对逆变器输出波形的改善作用.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2015(035)002【总页数】3页(P71-73)【关键词】逆变器;双环控制;PI调节【作者】夏星煜;邹广平;荣军【作者单位】武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064;武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064;武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064【正文语种】中文【中图分类】TM4641 逆变器控制技术概述近些年，逆变器输出波形的控制逐渐成为了研究人员对变换电源研究的热点问题，其控制技术主要解决的问题就是输出带不同的负载条件（纯阻性负载、阻感性负载、阻容性负载等）下能否输出稳定、符合要求的正弦波和在外部干扰突然变化的情况下能否快速、稳定的实现调节。
所以，对实际的变换电源来说，主要看其是否能符合以下两点性能要求：1）稳态时输出电压波形畸变率，基波分量所占比重大并且无相位差，THD 值小等；2）动态特性好，在外部扰动突然变化的情况下能快速实现调节，波形震动小。
目前对逆变器波形控制的技术主要有以下两种方式：1）基于周期波形反馈控制技术，就是采集一个周期内的电压电流波形，然后与标准输出波形作比较，对其进行校正和补偿。
2）基于瞬时值反馈的波形控制技术，就是对逆变器输出波形实时进行检测，把检测回的输出值与参考值作比较来进行调节。
主要包括瞬时值内环反馈控制技术，PID（单内环）控制技术，双闭环控制技术，无差拍控制技术，线性多变量状态反馈控制技术等。
目前，应用最广泛的是 PWM控制技术。
利用数字信号处理器（DSP）方便了建模仿真，用数字化控制系统取代了之前的模拟控制系统，简化了控制系统，为其分析调节提供了可靠性。
2 逆变器双环控制的技术策略2.1 SPWM单相半桥逆变器数学模型三相三线制逆变器，由于其电路结构的对称性，可以把其等效为三个单相逆变器，所以本文在下面的研究对象均是单相半桥逆变器。
逆变器电压电流双环控制设计及研究
ＤＯ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６— ４ ７ ２ ９ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ２ ． ０ ０ ６
逆 变 器 电压 电流 双 环 控 制 设 计 及 研 究
孙 静， 曹 炜， 苏 虎， 杨道 培
２ ０ ０ ０ ９ ０ ）
（ 上海电力学院 电气工程学 院 ， 上海
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｆ Ｖｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ａ ｎ ｄ Ｃｕｒ ｒ ｅ ｎ ｔ
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Ｓ ＵＮ Ｊ ｉ ｎｇ，ＣＡＯ Ｗｅ ｉ ，Ｓ Ｕ Ｈ ｕ，ＹＡ ＮＧ Ｄａ ｏ ｐ ｅ ｉ
Ａ ｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ： Ｔｈ ｅ Ｐ Ｉ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｉ ｓ ｕｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｂｏ ｔ ｈ ｉ ｎ ｎ ｅ ｒ ｃ ｕｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｌ ｏ ｏ ｐ ａ ｎ ｄ ｏ ｕ ｔ ｅ ｒ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｌ ｏ ｏ ｐ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ
第３ １卷 第 ２期
２ ０ １ ５年 ４月
上
ｏ ． ２ Ａｐ ｒ ． ２ ０ １ ５
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐｏ ｗｅ ｒ
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基于SPWM控制的电压_电流双环逆变器建模及其仿真_图文(精)
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。
逆变电源双环控制技术的研究与设计
逆变电源双环控制技术的研究与设计【摘要】通过对逆变电源的数学模型分析，以电感电流和电容电压为反馈量进行闭环控制。
双环控制方案的电流内环扩大逆变器控制系统的带宽，使得逆变电源动态响应加快，输出电压的谐波含量减小，非线性负载适应能力加强。
最后，通过仿真和实验结果，表明所设计的双环控制策略具有电流跟踪快速，电压稳定稳定的特点。
1 引言交流移动设备使用量越来越多，如何将直流电源变为稳定的电能提供给设备已成为研究热点。
近年来4G技术的快速发展，移动应急通信基站需要大量的逆变电源。
在研项目正在建设一个移动电源研究平台，将直流电通过一台逆变电源转变成设备所需的交流电源，该逆变器是系统的一个关键部件。
在此为移动逆变电源研究平台设计了以电感电流和电容电压为反馈变量双闭环的控制策略，通过该逆变电源，为移动交流用电设备提供稳定可靠的电能。
2 逆变电源的工作模式逆变电源工作在如图1所示的四象限模式下，实现能量从交流侧移动设备和储能电池的双向流动。
一、三象限逆变电源向移动负载设备输出电能，二、四象限逆变电源从移动设备回收能量。
3 逆变电源的模型电流内环控制结构框图如图3，经过电流霍尔采集逆变电源输出电流与设定电流值做差运算，通过调节，产生给定信号。
设定电压前馈叠加电容电压，在输出滤波电感上得到电流控制信号。
可得电流环传递函数图4 电压外环控制结构框图电压外环控制结构框图如图4，经过电压霍尔采集输出电压信号与设定值做差运算，通过调节，产生给定信号。
电感电流信号前馈得到电流的误差信号，乘上电流霍尔系数1/ ，叠加电感电流，在输出电容上形成输出电压信号。
可得电压环传递函数5 仿真与实验逆变电源的参数如下，直流侧电源电压Vd = 200V，开关频率10KHz，三角载波峰值5V，电流霍尔0.2V/A，电压霍尔100：1，滤波电感1mH，滤波电容30uF，负载20Ω。
仿真波形如下图5在0.0875秒，设置负载突变为10Ω。
输出电压的动态响应过程为2m秒，动态响应速度快，波形质量无明显变化。
逆变器电压电流双闭环控制系统设计
逆变器电压电流双闭环控制系统设计余裕璞;顾煜炯;和学豪【摘要】逆变器在可再生能源发电中作为连接能量输入与输出负载的装置,发挥着重要作用,采用合适的控制系统可以得到满足后端电能质量需求的电能.针对电压单环控制调整滞后的缺点,补充中间电流反馈环节以提高控制系统的工作频率.比较了电感电流内环与电容电流内环反馈系统的区别,选取负载抗扰动性能更强的电容电流反馈系统,该控制方案对一般及整流性负载的干扰同时具有较强的平抑能力.针对输出电压及电感电流在数学模型上的交叉耦合作用,通过耦合信号前馈削弱其对控制系统的影响.提出一种基于“模最佳”的整定方法,对调节器的参数进行设计,最终利用仿真验证了所提设计方案的有效性.【期刊名称】《电力科学与工程》【年(卷),期】2019(035)003【总页数】7页(P1-7)【关键词】逆变器;双闭环控制;前馈解耦;模最佳【作者】余裕璞;顾煜炯;和学豪【作者单位】华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206;华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206;华北电力大学能源动力与机械工程学院,北京102206【正文语种】中文【中图分类】TM7120 引言可再生能源在能源安全、能源总量、能源可靠性、环境无污染等方面均优于传统化石能源[1～3]。
微电网技术是利用可再生能源的主要方式之一[4～6]，“就地采集、就地使用”减少了中间环节的损耗，提高能量利用率。
逆变器是微电网中用于电能转换的主要装置[7]，保证微网运行可靠性。
逆变器的控制方案不局限于一种[8,9]，主要根据其运行目标确定。
在离网运行方式下其运行目标是维持母线电压和频率的恒定，保证负荷的电能质量需求,并网模式下运行一般要求输出给定的有功和无功[10]。
逆变器控制早期采用输出电压瞬时值反馈的单环控制，可以在一定程度上抑制负载的扰动，调节输出电压的波形，但是负载发生较大变化时输出电压畸变严重，其动态响应慢导致电压畸变调整时间长，不利于负载的正常工作。
基于双环控制的PWM 逆变器的研究
图 2 带负载前馈的电感电流内环 电压外环控制系统方框图
( ) ) 根据图 ( ) 可推 导 出 电 感 电 流 内 环 的 开 环 和 闭 环 ! 传递函数 :
3 控制系统极点配置与性能分析
假设电压 、 电流调节器分别为 :
k $ i )= k G s v( $ p+ s k ! i )= k G s i( ! p+ s 经计算得知整个系统的闭环特征方程为 :
$ ( ) & u $ L C S! +r C S +$ 由于这里的等 效 电 阻 r 很 小 , 则逆变器可以近似
压外环电流内环的双环控制方案是高性能逆变电源的
!] 发展方向之一 [ , 双环控制方案的电流内环扩大逆变
u " =
器控制系统的带宽 , 使得逆变器动态响应加快 , 非线性 负载适应能力加强 , 输出电压的谐波含量减小 。
系统的控制器参数按 常 规 方 法 设 计 , 需考虑两个调节 器之间的响应速度 、 频 带 宽 度 的 相 互 影 响 与 协 调 , 控 制器设计步骤复杂 , 还需要反复试凑验证 ; 采用极点配 置方法大大简化了设 计 过 程 , 同时能满足高性能指标 要求 , 这种设计方 法 具 有 明 显 的 优 越 性 。 对 于 这 样 的 高阶系统 , 为了得到所需要的动态性能和稳定性能 , 我 们的处理方法是 : 将其中两个极点配置为一对共轭极 点, 另外两个极点配置在距虚轴很远的地方 。 假设四阶 双 环 控 制 系 统 的 希 望 闭 环 主 导 极 点 为
+] 电 流i 所 以 抗 输 出 扰 动 性 能 比 较 差[ 。为 "的 突 变 ,
$+k r C +C k k! i! ! $ p & p +C + )=s D( s s + s + L C L C
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统设计一、系统结构设计：系统结构包括输入电源、PWM逆变器、直流电机、电流环和速度环。
输入电源提供电压给PWM逆变器，PWM逆变器将直流电压转换为交流电压，并通过变换器将其提供给直流电机。
同时，电流环用于控制PWM逆变器输出的电流，速度环用于控制直流电机的转速。
二、电流环控制器设计：电流环控制器根据直流电机当前的速度误差，计算所需的电流控制量。
该控制量将通过PWM逆变器的调制信号控制输出电流的大小。
电流环控制器可以采用PI控制器或者其他控制算法，根据系统要求进行选择。
三、速度环控制器设计：速度环控制器根据输入的期望转速和直流电机当前的转速误差，计算所需的电流控制量。
该控制量将通过电流环控制器的反馈信号，控制电流环控制器的输出。
速度环控制器可以采用PI控制器或者其他控制算法，根据系统的要求进行选择。
四、参数调节与优化：在系统设计完成后，需要进行参数调节和优化来使系统达到更好的性能。
参数调节可以通过试验来进行，根据试验的结果来逐步调整控制器的参数，以达到期望的控制效果。
参数优化可以通过优化算法来进行，根据系统的动态特性和性能指标进行参数优化，以提高系统的控制性能。
双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统的设计需要考虑系统的控制精度、动态响应速度和稳定性等因素。
在实际的设计过程中，还需要考虑系统的成本和可行性等因素。
在设计完成后，还需要进行系统的实验验证，以确定系统是否满足设计要求，并进行必要的修改和改进。
总之，双闭环可逆直流脉宽PWM调速系统的设计是一个复杂的过程，需要综合考虑系统的各个方面因素，并进行系统的参数调节和优化。
只有设计合理、参数优化的系统才能提高直流电机的控制性能和精度。
新人必看的双环电流型PWM控制器原理简析
新人必看的双环电流型PWM控制器原理简析
PWM控制器对于很多工程师来说，都是在电子电路系统设计过程中不可缺少的重要配件，其中，双环电流型PWM控制器在开关电源以及LED电源设计领域的应用更是非常广泛。
本文将会就这一双环电流型PWM控制器的工作原理和运行特点进行简析，希望能够对新人工程师的日常工作提供一定帮助。
双环电流型PWM控制器工作原理
所谓的双环电流型PWM控制器，其实也是PWM控制器的一种，但这种类型的脉宽调制控制器是在普通电压反馈PWM控制环内部增加了一个电流反馈的控制环节，因此这一元件除了包含电压型PWM控制器的功能外，还能够检测开关电流或电感电流，实现电压电流的双环控制。
一个基础的双环电流型PWM控制器电路原理图如下图图1所示。
图1 双环电流型PWM控制器原理图
从图1所提供的双环电流型PWM控制器原理图中可以明显看出，这一电流型控制器有两个控制闭合环路：一个是输出电压反馈误差放大器A，用于与基准电压比较后产生误差电压。
另一个是变压器初级（电感）中电流在Rs 上产生的电压与误差电压进行比较，产生调制脉冲的脉宽，使得误差信号对峰值电感电流起着实际控制作用。
结合图1所给出的双环电流型控制器的原理图，我们可以将这一PWM控制器的工作过程总结为：假设输入电压下降，整流后的直流电压下降，经电感延迟使输出电压下降，经误差放大器延迟，Vea上升，占空比变化，从而。
SPWM逆变器双环数字控制技术研究开题报告
SPWM逆变器双环数字控制技术研究开题报告1. 研究背景随着电力电子技术的不断发展和应用的广泛推广， SPWM逆变器已经成为电力电子领域中最常用的一种逆变器，广泛应用于电力变换、电机控制、绿色能源等领域。
当前， SPWM逆变器的研究主要集中在控制策略、效率提升、电磁干扰、热管理等方面。
然而，采用传统模拟控制方法的逆变器在控制精度、动态响应和抗干扰能力方面存在较大的局限性。
因此，提高逆变器控制系统的自适应性、稳定性和可靠性，以及降低系统的传感器数目，成为逆变器研究的重点方向。
2. 研究目的本文的研究目的是采用双环数字控制技术，结合SPWM逆变器的特点，设计一种具有高性能和高精度的SPWM逆变器控制模块，提高逆变器的控制精度、动态响应和抗干扰能力，降低系统的传感器数目，提高系统的整体性能和可靠性。
3. 研究内容（1）SPWM逆变器原理及其控制策略研究本文对SPWM逆变器的原理和控制策略进行了研究，详细分析和阐述了SPWM逆变器的结构、原理、输出调制方式及其影响因素；介绍了传统的SPWM逆变器控制策略和其优缺点，分析了控制误差、动态响应、抗干扰性等问题，并对SPWM逆变器进行了状态空间控制理论分析。
（2）双环数字控制技术研究本文采用双环数字控制技术，构建SPWM逆变器控制模块，利用数字控制器采集逆变器的反馈信号，实现逆变器的电流控制和电压控制。
采用飞行时间测量技术，采集电压反馈信号，引入PI控制器并进行参数整定，实现稳定的电压控制；采用电流采样技术，应用双环控制策略，对逆变器输出电流进行控制，提高逆变器控制系统的稳定性和抗干扰能力。
（3）SPWM逆变器控制实验验证本文设计了实验平台，验证了所提出的SPWM逆变器控制模块的可行性。
实验结果表明，所设计的SPWM逆变器控制模块的电流控制和电压控制均具有很好的稳定性和控制精度，同时也具有良好的抗干扰能力。
与传统的模拟控制方式相比，所提出的数字控制方式具有更好的动态响应和整体性能，具有很好的应用前景。
双环反馈控制的SPWM逆变电源中电流环的设计
将 负载 电流 ＩＳ 看 作输 出扰动 ， 为 电压综 合 ｏ） （ △
扰 动 ， 略这些 扰动 因素 ， 忽 得到 电流 环节 的简化 框
作 者简介 ： 陈元娣 （９ １ ） 女 ， 士 ， １８ 一 ， 硕 主要 从事 电力 电子技 术研 究
维普资讯
为 Ｐ调 Ｉ
节 器 的传 递 函数 ．
设 Ｋ ｖ＝１ ， ＝ ． ５ ＝ｌ ｗ ， Ｍ＝１０ ＿ ． ０ ，，＝０１
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第３ 期
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陈元娣， 双环反馈控制的ｓ ｗＭ逆变电源中电流环的设计 等： Ｐ
Ｇ ＝ Ｋ ＫＫ Ｋ （Ｓ （ ＋ ｐ／ ） ｖ ｐ ｐ ＋１ 厕ｓｒ ｗ ｐｖ ） Ｔ ） Ｍ ｒ １
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为 Ｐ和 Ｐ 时的整 个 系统 开环 传 递 函数分 别 为 Ｉ
框 图． ２ 其 等效 模 型 ， 中 ＝Ｌｒ为滤 波 器 图 是 图 ／
电感 的时 间常数 ， 为滤 波 电感 直流 电阻 ， 为电 ｒ 流 检测 电 路 的延迟 时 间常数 ， 为 电压检测 电路 的延迟 时 间常数 ，Ｔ为 电流环 ，Ｐ Ｌ Ｓ ＷＭ控 制器 加逆
收 稿 日期 ：０ ６Ｏ －６ 修 订 日期 ：０ ６０ －３ ２ ０ －１１： ２ ０．３１
载， 特别 是非 线性负 载下 的输 出波形【 对 于双环 １ ． 系统 ， 般采 取 电压外 环 ， 一 电流 内环 的设计 ． 电压
Ｕｄ
环 的作用 是跟 踪 和稳 定输 出电压 ， 的设 计 大多 它
双环控制逆变器设计方案及流程
双环控制逆变器设计方案及流程
一、初始设计准备
1.定义逆变器规格
（1）确定输出功率和频率要求
（2）确定输入电压和电流范围
2.确定控制策略
（1）选择双环控制策略
（2）确定内外环控制方案
二、电路设计
1.搭建逆变器电路原型
（1）设计逆变器拓扑结构
（2）选择适合的功率器件
2.设计双环控制电路
（1）设计内环电流控制回路
（2）设计外环电压控制回路
三、PCB设计
1.绘制逆变器PCB布局
（1）安排电路元件位置
（2）确保信号和功率线路分离2.进行PCB布线
（1）连接电路元件
（2）确保地线和供电线宽度
四、控制程序设计
1.编写双环控制程序
（1）编写内环电流控制算法（2）编写外环电压控制算法
2.硬件与软件调试
（1）调试控制算法
（2）确保逆变器正常工作
五、性能测试
1.进行逆变器性能测试
（1）测试输出功率和效率
（2）测试控制响应速度
2.优化设计方案
（1）根据测试结果调整设计参数（2）进行性能再测试。
基于LC滤波器的单相SPWM逆变器双环控制设计
2电工电气 (20 7 No.4)作者简介：王博超(1992- )，女，硕士研究生，研究方向为电力电子控制技术与仿真。
基于LC滤波器的单相SPWM逆变器双环控制设计王博超(东南大学 电气工程学院，江苏 南京 210096)摘 要：对基于LC 滤波器的单相SPWM 逆变器的双环控制进行了分析，得到了LC 滤波器在逆变器使用单极性倍频的调制方式下的参数设定，以此为基础对单相逆变器的双环控制方式进行了建模及电压环、电流环的参数确定。
利用MATLAB/Simulink 软件对该逆变器模型进行了线性负载的突加突减仿真与带非线性负载时开、闭环的谐波畸变率的对比仿真。
仿真结果表明，该种控制策略下逆变器具有较好的动态响应性能及较低的谐波畸变率。
关键词：SPWM 逆变器；LC 滤波器；双环控制中图分类号：TM464 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2017)04-0021-05Abstract: This paper analyzed the double loop control of sigle-phase sinusoidal pulse width modulation (SPWM) inverter based on the LC filter and obtained the parameters setting of the LC filter under the conditions that the inverter used the unipolarity frequency-doubled modula -tion mode. On the basis of this, this paper established the sigle-phase inverter model with double loop control mode and determined the pa -rameters of voltage loop and current loop. The Simulink in MA TLAB was used to carry out simulation of sharp increase and reduction for the linear load of the inverter model, comparing with the loop-opened or loop-locked harmonic distortion rate for the nonlinear load. The simulation results show that this kind of control strategy can obtain favorable dynamic response and low total harmonic distortion (THD). Key words: sinusoidal pulse width modulation inverter; LC filter; double loop controlWANG Bo-chao（School of Electrical Engineering, Southeast University, Nanjing 2 00 , China ）Design of Double Loop Control in Single-Phase Sinusoidal Pulse WidthModulation Inverter Based on LC Filter0 引言近些年来，为了获得具有更高的供电质量以及供电稳定性的供电系统，高性能的SPWM 逆变电源的研究、开发及其应用受到了各方面的关注，而其中的瞬时控制方案则是最重要的部分之一。
PWM逆变电源数字双环控制技术研究
Candidate: Tang Shi Ying Major: Power Electronics and Electric Drive Supervisor: Associate Prof. Peng Li
To avoid modulation limitation caused by the sampling and calculating time of digital processor, design of state observer and disturbance observer are brought in. Due to reduce the errors of state observer out-put caused by many reasons, a repetition compensator have been added to the state observer, and its nice performance have been proved by both simulations and experiments.
24由于逆变器主电路中各功率开关管都工作于开和关两种状态逆变器本质上是一个非线性系统而开关管在一个开关周期中的开通或关断期间是连续的且电路中其它部分又始终工作在连续这一个状态因此逆变器分别处于两个线性工作状态如果分段分别对这两个工作状态进行建模则可以精确的列写出两种工作状态下的线性状态方程这种问题在用经典理论分段线性化解决时往往会过于繁杂或不现对于这种非线性系统工程应用中通常采用状态空间平均法4547
保 密□，在 本论文属于
不保密□。
SPWM变频电源双闭环控制的设计和研究
SPWM变频电源双闭环控制的设计和研究1引言在目前逆变电源的控制技术中，滞环控制技术和SPWM 控制技术是变频电源中比较常用的两种控制方法。
滞环控制技术开关频率不固定，滤波器较难设计，且控制复杂，难以实现；SPWM 控制技术开关频率固定，滤波器设计简单，易于实现控制。
当二者采用电压电流瞬时值双闭环反馈的控制策略时，均能够输出高质量的正弦波，且系统拥有良好的动态性能。
对于SPWM 变频电源，采用电压电流瞬时值双闭环反馈的控制策略，工程中参数设计往往采用试凑法，工作繁琐，误差较大。
本文详细介绍了SPWM 变频电源主要的控制参数设计准则和方法，对于快捷、准确地选择合适的闭环参数，有很大的实践应用价值。
2系统简介图1 双闭环控制的SPWM 变频电源系统构成简化图图1 为系统构成简化图，该系统由主电路和控制电路两部分组成。
逆变电源主电路采用以IGBT 为开关器件的单相逆变电路, 采用全桥电路结构，经过LC 低通滤波器，滤去高频成分，在滤波电容两端获得相应频率的光滑的正弦波。
虚线框包括的是控制电路，电压电流瞬时值双闭环反馈控制是由输出滤波电感电流和输出滤波电容电压反馈构成的。
其外环为输出电压反馈，电压调节器一般采用PI 形式。
电压外环对输出电压的瞬时误差给出调节信号，该信号经PI 调节后作为内环给定；电感电流反馈构成内环，电流环设计为电流跟随器。
电流内环由电感电流瞬时值与电流给定比较产生误差信号，与三角形载波比较后产生SPWM 信号，通过驱动电路来控制功率器件，保证输出电压的稳定，形成典型的双环控制。
在实际应用中采用电流内环之外还设置电压外环的目的除了降低输出电压的THD 外，还在于对不同负载实现给定电流幅值的自动控制。
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逆变器电压电流双环控制设计及研究
逆变器电压电流双环控制设计及研究孙静;曹炜;苏虎;杨道培【摘要】在三相逆变器系统中,设计了电流内环、电压外环PI-PI控制器.根据逆变器及其控制系统的结构建立了双环控制系统简化数学模型,确定了传递函数.引入工程算法设计了电流内环,用bode图、阶跃响应优化了电流内环和电压外环的设计参数.将PI-PI控制系统置于Matlab/Simulink中进行时域仿真,对比分析了该控制系统与P-PI控制系统的性能.结果表明,所设计的PI-PI控制系统提高了逆变器系统稳态性能,改善了电压质量,限制了短路电流大小.【期刊名称】《上海电力学院学报》【年(卷),期】2015(031)002【总页数】6页(P121-126)【关键词】PI-PI控制;工程算法;bode图;阶跃响应;电压质量;过流限制【作者】孙静;曹炜;苏虎;杨道培【作者单位】上海电力学院电气工程学院,上海200090;上海电力学院电气工程学院,上海200090;上海电力学院电气工程学院,上海200090;上海电力学院电气工程学院,上海200090【正文语种】中文【中图分类】TM464;TM933.4微网通常使用可再生能源以及能够提高能源利用效率的燃气冷热电三联供发电.为使微网具有更好的控制性能，微网中也普遍配置储能装置.上述装置通常使用逆变器将直流或其他频率的交流转换为工频交流后再接入微网，并对其输出电压、电流波形有较高要求.高质量的波形要求逆变器系统在保证稳态性能的同时，还要保证总谐波畸变率(即THD)尽可能的低.许多文献都采用电流P和电压PI的双环控制策略，但是此控制策略不能减小电流的稳态误差，THD相对较大，而且当系统出现大扰动或者短路情况时起不到限流的作用.[1-2]文献[1]基于状态空间理论提出了一种新的电流PI和电压PI的双环控制策略(即PI-PI);文献[3]对双PI控制系统直接离散化后利用极点配置的方法设置了控制系统参数，分析了在空载、满载、过载时PI-PI控制的时间响应;文献[4]基于状态空间算法在单相逆变器下对比分析了P-PI 控制策略与PI-PI控制策略的THD和电流峰值.本文首先对三相对称逆变器系统进行d-q轴完全解耦，然后将工程方法与bode 图相结合，设计分析了PI-PI控制器的各个参数，使等效输出阻抗成感性.[5-6]时域仿真结果验证了该设计在负荷变动时能够保证系统的电压、总谐波畸变率在要求的范围内，从而改善了电压质量，提高了系统的稳态性能.此外，当微网系统发生短路时也能有效地控制短路电流.1 逆变器及其控制系统本文采用三相逆变器，其原理如图1所示，主要包括空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)模块、LC 滤波器、双环控制模块等. 图1 逆变器及其控制系统示意注:L—滤波电感;C—滤波电容;Rn—负荷;Ud—负载电压;iod—负载电流—d轴参考电压;—q轴参考电压.SVPWM算法简单且适合数字化实现，可以减少逆变器输出电压的谐波，提高对电压源逆变器直流供电电源的利用率.[7-8]逆变器的输出电压会在开关频率处产生谐波，需要采用滤波器加以滤除.滤波器参数选为L=3 mh，C=1 500 μF，保证滤波电感上的压降不超过系统电压的3%.[9-11]本文重点探讨电压电流双环控制模块的设计和参数设置.2 电压电流双环控制模块设计对于整个逆变电源系统，控制系统与主电路同样重要，只有这两部分相互配合，共同正常工作，才能构成高性能的逆变系统，输出较高质量的波形.本文的电压电流双环控制系统采用 PI-PI控制器，利用工程设计方法与bode图及阶跃响应曲线相结合的方式，对控制系统的参数进行设计.2.1 双环解耦设计本文所研究的abc三相逆变器数学模型是多输入多输出系统，为了有效调节逆变器输出的有功功率和无功功率，需要引入坐标变换，将abc三相模型转换到两相d-q坐标系下，但电压、电流在d轴和q轴间存在严重耦合.在电流解耦时，文献[12]和文献[13]经过分析计算，将d轴的电感电流耦合量ildωL叠加到q轴的电压上，以消除控制对象中d轴电感电流对q轴电压的影响;在电压解耦时，采用的是完全解耦法，[14]即将uodωC乘上一个控制量 Q(S)，[12](其中 Q(S)满足Q(S)/(Ls+r)=1)，以消除控制对象中d轴电压对q轴电流的影响.由于d轴和q轴是对称的，q轴的电压、电流对d轴电流、电压的影响亦用此方法解耦.2.2 双环控制参数的设计电压电流双环控制均采用PI-PI控制器，如果按常规方法设计其参数，需考虑两个控制器之间的响应速度、频带宽度的相互影响与协调等，控制器设计步骤复杂，还需要反复试凑验证.因此，本文的电流内环采用工程设计方法以降低计算的复杂性，电压外环采用频域bode图与阶跃响应相结合的方法以减少实验过程中反复试凑验证的次数.2.2.1 工程设计算法原理工程设计算法一般是用系统的开环传递函数来确定闭环系统的参数，使闭环系统具有良好的稳定性.一般来说，控制系统的开环传递函数为:式中:K——开环增益;τ，T——时间常数;分母中的s——该系统在原点处有r重极点，根据 r=0，l，2，3…的不同数值，分别称作0型、1型、2型、3型……系统，为了保证稳定性和较好的稳态精度，多用1型和 2 型系统.[15]典型1型系统的传递函数为:式(2)中有两个参数:开环增益K和时间常数T，T是系统固有的，所以只要调节K，就可以调整系统的超调量与动态响应，一般取 K=0.5.[15]典型2型系统的传递函数为:引入中间变量h:式中:h——伯德图－20 db/dec的中频段的宽度.由工程经验数据可知，h的取值应在2～10，当h变大时，系统的超调量会减少，但响应速度也会相应降低.如果既要保证系统的超调不会很大，又保证系统的快速性，可取h=5左右.2.2.2 电流内环设计很多文献中电流环都采用P控制器，但该控制器电流环存在稳态误差，而且在短路时起不到限流的作用.本文的电流环采用PI控制器，使其在保证响应速度、提高电流环控制精度的同时，在短路时还能起到限流的作用.d轴和q轴进行完全解耦后，两轴均为对称的.将图1中逆变器、LC滤波器、SVPWM模块、电流环进行等效简化，d轴简化后的控制原理框图如图2所示.根据对称原理，相应的q轴原理图与其相仿.图2的开环的传递函数模型可表示为:式中:K ip——PI中的积分系数;K i——PI中的比例系数;Ts——调制开关周期;U DC——直流侧电压;K pwm——SVPWM 等效增益.图2 电流环简化模型注:Kpwm/(1.5Tss+1)—SVPWM 的等效模块;UDC/2—逆变器模块;Ki+(Kip/s)—电流环模块;1/Ls，1/Cs—滤波环节.由式(3)对比式(5)可知，电流内环的传递函数为2型.进一步对比式(3)和式(5)，并且引入式(4)可得:由于 h，Ts，L，U DC，K pwm，τ 均为已知，将这些已知参数代入式(6)、式(7)和式(8)，即可确定电流环PI控制的积分系数 K ip和比例系数K i，但由于采用了经验数据，且在系统传递函数的计算过程中存在简化环节，因此在后续仿真中需要对参数进行优化和系统性能校核.2.2.3 电压外环设计本文的电压环采用的是PI控制器，使逆变器输出电压为设定值.将图1中逆变器、LC滤波器、SVPWM模块、电流环、电压环进行等效，则电压环的模型框图如图3所示.图3 电压电流环控制示意注:K v+(K vp/s)—电压环的PI控制器;K vp—电压环PI 控制器的积分系数;K v—电压环中PI控制器的比例系数;iLd—电感电流;U*d—参考电压.图3电压环的闭环传递函数为:其中的电压增益系数为:式中:Ud/iLd的等效输出阻抗为:式中:式(9)中的电压增益系数K1体现了系统对电压设定值的跟踪性能，等效输出阻抗Z(s)体现了电流对控制系统输出扰动特性.3 PI-PI控制系统参数优化虽然根据上述方法可以对双环控制器的参数进行理论计算设置，但还需要对控制器的动态性能进行多方面的考察，以使控制器达到更好的性能水平.本文对系统的参数设置如下:直流侧电压U DC为 500 V;滤波电感 L为 3 mH;电容 C为1 500 μF，SVPWM 等效增益 Kpwm为 1，调制开关周期 Ts为2 ×10－4 s.3.1 电流环参数的优化将上述系统参数代入式(6)、式(7)和式(8)，即可确定电流环参数 K ip=16，Ki=12.为了进行电流环参数的优化，当 K ip=16，K i取不同数值时，电流环性能数据如表1所示.仿真结果表明，当Kip=16，Ki分别取不同的数值时，相位裕量的取值范围为17～35，穿越频率的取值范围为 103.35 ～ 103.7，超调量的取值范围为 13% ～16.5%，响应时间为0.6 ×10－3～1.5 ×10－3 s.综合考虑后，选取 K ip=16，Ki=20 作为电流内环的参数，这样既可以提高响应速度，又可以保证系统的稳态性能.表1 电流环动态性能数据K i 相位裕量/(°)穿越频率/(r ad·s－1)超调量/%响应时间/s 12 35 103.35 13.0 1.5 × 10－3 20 28 103.5 14.0 0.9 ×10－3 50 17 103.7 16.5 0.6 × 10－33.2 电压环参数的优化根据电流内环优化参数 K ip=16，K i=20及式(12)、式(13)和式(14)，通过阶跃响应曲线及其bode图确定参数K v和K vp，仿真结果如图4所示.图4 电压环动态性能图4 a表明，当K v=2，K vp=7时系统的震荡、超调都很大，系统响应速度慢;但当 K v≥15，K vp=7时系统的超调降低，响应速度变快，因此系统的K v应取大于等于15的数值.此外，当K vp≥7时，bode图在50 Hz时等效输出阻抗接近感性.经过不断试验验证，当K v=15，K vp=7时，系统达到最佳状态，超调量＜15%，此时稳态性能好，响应速度快.4 逆变器供电系统性能时域仿真验证4.1 系统稳态性能和电压质量仿真分别将电压电流双环PI-PI控制器和P-PI控制器置于用Matlab/Simulink搭建的图1所示逆变器供电系统中，分别在额定负荷(30 kW)、突加无功负荷、有功负荷、综合负荷4种情况下，分析系统的稳态性能与电压质量.PI-PI控制系统与P-PI控制系统的d轴和q轴参考电压分别为:系统双环控制参数为Ki=20，Kv=15，Kvp=7;P-PI系统的双环控制参数为:Ki=5，Kv=10.仿真结果如表2所示.由表2可知，PI-PI系统比P-PI系统的稳态性能更好，电压质量也更高.表2 THD及稳态电压对比/V PI-PI系统额定负载 0.02 220.0项目 THD/% 稳态电压P-PI系统额定负载 0.03 220.2 PI-PI系统突加无功负荷 0.02 220.1 P-PI系统突加无功负荷 0.05 220.4 PI-PI系统突加有功负荷 0.07 220.0 P-PI系统突加有功负荷 0.11 220.1 PI-PI系统突加综合负荷 0.02 220.0 P-PI系统突加综合负荷0.08 220.34.2 自限流功能当负荷突然加大或者出现短路情况时，在PIPI双环控制器加入限幅环节后能起到限流作用，保证换流装置不被损坏，其对应框图如图5所示.P-PI控制器即使在对应位置加入限幅环节也不具有此功能，仿真结果对比如图6所示.图5 加入限幅环节的双环控制图6 自限流功能对比情况图6 a为在0.1 s时系统短路，PI-PI系统加入限幅环节和无限幅环节，在短路的瞬间都出现很大的电流，但加入限幅环节后能非常快地将电流限定在规定的范围内(允许的最大电流值为100 A);而图6b显示在0.1 s时系统短路，即使加入限幅环节，P-PI双环控制下的输出稳态电流也远超限定电流100 A，幅值约在200 A.5 结论(1)利用工程算法与bode图、阶跃响应相结合的方式，快速地确定了PI-PI控制器参数.(2)分别对电压电流双环 PI-PI控制器和P-PI控制器构成的逆变器供电系统用Matlab/Simulink进行了时域仿真验证，仿真结果表明，PI-PI控制系统减少了电压误差，降低了逆变器输出电压的THD，而且该系统还具有限流功能，当出现大电流时能将电流值稳定在规定的范围内，保护逆变器的供电系统不被损坏.由此表明，PI-PI控制系统的性能优于 P-PI控制系统.参考文献:【相关文献】[1]彭力.基于状态空间理论的PWM逆变电源控制技术研究[D].武汉:华中科技大学，2004.[2]张淳.含逆变型分布式电源的微网控制策略研究[D].杭州:浙江大学，2013.[3]王淑慧，彭力.基于状态空间的溯逆变器的数字双环控制方法研究[J].电力电子，2008(5):44-50.[4]何俊，彭力.PWM 逆变器双环控制研究[J].通信电源技术，2007，32(25):2-8.[5]肖朝霞，王成山，王守相，等.微网分布式电源逆变器的多环反馈控制策略[J].电工技术学报，2009，24(2):100-107.[6]王成山，高菲，李鹏，等.低压微网控制策略研究[J].电机工程学报，2012，32(25):2-8.[7]张纯，陈民轴，王振存，等.微网运行模式平滑切换的控制策略研究[J].电力系统保护与控制，2011，39(20):1-6.[8]肖朝霞.微网控制及运行特性分析[D].天津:天津大学，2008.[9]杨淑英，张兴，张崇巍.基于下垂特性的逆变器并联技术研究[J].电工电能新技术，2006(2):34-40.[10]艾欣，金鹏，孙英云，等.一种改进的微电网无功控制策略[J].电力系统保护与控制，2013，41(7):147-155.[11]杨秀，藏海洋，宗翔，等.微电网分散协调控制策略设计与仿真[J].华东电力，2011(11):24-30.[12]胡媛媛.三相三线逆变器数字控制系统研究[D].武汉:华中科技大学，2008.[13]赵巍.微网综合控制技术研究[D].南京:南京理工大学，2013.[14]CHANDORKAR M C，DIVAN D M，ADAPA R.Control of parallel connected inverters in standalone ac supply systems[J].IEEE Trans. on Industry Applications，1993，29(1):136-141.[15]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京:机械工业出版社，2003:120-150.。
逆变器电压电流双环控制设计及研究
逆变器电压电流双环控制设计及研究本文针对逆变器的电压和电流控制进行设计和研究，主要包括双环控制策略、控制器设计和实验验证等方面。
1. 双环控制策略逆变器的电压和电流控制可以采用双环控制策略进行设计，即外环电压控制和内环电流控制。
外环控制器输出的控制量为电压参考值，内环控制器输出的控制量为电流参考值。
在外环控制器中，采用比例积分控制（PI控制）策略，控制器的输入为电压误差，输出为电压参考值。
在内环控制器中，同样采用PI控制策略，控制器的输入为电流误差，输出为电流参考值。
双环控制策略能够实现对逆变器输出电压和电流的精确控制，提高逆变器的性能和稳定性。
2. 控制器设计为了实现双环控制策略，需要设计外环控制器和内环控制器。
以外环控制器为例，设电压误差为$e_v$，控制参考值为$v_{ref}$，比例系数为$K_p$，积分系数为$K_i$，则外环控制器的输出为：$u_v = K_p e_v + K_i \int_0^t e_v dt$其中，$e_v = v_{ref} - v$，$v$为逆变器输出电压。
在实际应用中，为了避免积分饱和和积分器漂移等问题，通常采用积分分离控制（PID控制）策略对PI控制进行改进。
内环控制器的设计与外环类似，以电流误差为输入，电流参考值为输出，采用PI或PID控制策略。
3. 实验验证为了验证双环控制策略的有效性，可以进行基于硬件平台的实验验证。
以SPWM逆变器为例，可以搭建逆变器硬件实验平台，通过改变电压参考值和电流参考值，观察逆变器输出电压和电流的实际变化情况。
通过实验结果可以有效地评估双环控制策略的性能和稳定性，为实际应用提供参考依据。
总之，双环控制策略在逆变器电压电流控制中具有重要的应用价值，控制器的设计和实验验证是关键步骤。
双环反馈控制的SPWM逆变电源中电流环的设计(精)
3结束语
通过对双环反馈控制的SPWM逆变电源系统的电流环设计原则及系统的开环特性分析,可得出如下结论:在系统参数不太明了的情况下,电流内环尽量采取PI调节器设计,它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.当系统参数比较明确或者系统惯性较小时,采取P调节器,可以降低系统调节的难度和复杂性.总之,内环采取哪种调节器应该由系统的本身性能来决定.参考文献:
[1]Naser Mabdel-Rahim, John E Quaicoe . Analysis and De-sign of a multiple Feedback Loop Control Strategy for Single-phase Voltage Source UPS Inverters [J ]. IEEE Trans . on PE , 1996,11(4 :532-541.
与G O
的零极点抵消的设计
方法只是一个理想的分析.
若在
s
V
s +
11+T /r
T 1s +
1T +Kp K PWM K
s +1
(9
G
b =
K V K i K PWM K
/r
i
s
i s +
1
i
s +1
s +1
(10
式中K p为P调节器的放大倍数; K
V
V
s +1
, L =
900
i
=0.001, K =0.025,
[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.
基于MPPT双环控制的三相SVPWM逆变器控制研究
基于MPPT双环控制的三相SVPWM逆变器控制研究曾志伟;杨海柱;刘洁【摘要】建立基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)的电压电流双环控制的三相逆变器数学模型,提出了以两相同步旋转坐标系下电网电压前馈的三相逆变器控制方案.并考虑光伏组件的效率问题,采用了改进的最大功率点跟踪(MPPT)算法.仿真结果表明:离网逆变器的输出电流稳定,波形失真度较小,光伏系统具有良好的动态性能和跟踪效果,在负载突变时,系统能始终维持恒定输出电压.【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(034)005【总页数】5页(P691-694,701)【关键词】逆变器;SVPWM;光伏;MPPT【作者】曾志伟;杨海柱;刘洁【作者单位】六盘水师范学院物理与电子科学系光电子信息技术重点实验室,贵州六盘水553004;河南理工大学电气工程与自动化学院,河南焦作454000;河南理工大学计算机科学与技术学院,河南焦作454000【正文语种】中文【中图分类】TM464+.30 引言太阳能具有无污染、用之不尽、取之不竭等优点，光伏分布式发电在未来发电系统中将占据越来越重要地位［1］。
输出电压波形质量是逆变器的一项重要指标，逆变器是光伏发电技术不可或缺的组成部分，一般情况下，逆变器输出电压波形谐波量越小越好。
特别是在非线性负载或负载突变情况下，怎样减少谐波量，提高电能品质，依然是逆变器目前研究的一个热点问题。
要获得一个好的正弦波电压输出，一般采用电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制策略和后级LC滤波电路［2］，具有更低的高次谐波和电压利用率高等优点。
由于高速数字信号处理器(DSP)的出现，为实现逆变器的数字化控制提供方便。
相对于传统的数字控制策略，差拍技术、重复控制技术等［3－4］，一种基于最大功率跟踪(MPPT)的电压电流双环控制的SVPWM三相逆变器，可以更有效地改善系统的动态响应及抗扰能力。
1 三相SVPWM逆变器控制策略图1为三相独立逆变器主电路拓扑，直流侧包括MPPT和升压(Boost)变换电路;功率开关器件构成三相PWM逆变器结构，输出经由逆变器侧电感L、滤波电容C 组成LC型滤波器滤波后，接在非线性负载上。
PWM逆变器双环控制
C ( k2 p s + k2i ) LCs 2 + ( rC + Ck 2 p ) s + 1 + Ck 2i
（10）
利用电流内环闭环传函推导出电压外环 的开环传函：
Guop i ) (k2 p s+k2i ) s [LC s 2 + (r + k2 p )Cs + Ck2i + 1]
瞬时控制方案可以在运行过程中实时地 调控输出电压波形，使得供电质量大大提高。 文献研究表明电压外环电流内环的双环控制 方案是高性能逆变电源波形控制的发展方向 之一
[1-3]
，双环控制方案的电流内环扩大逆变
器控制系统的带宽，使得逆变器动态响应加 快，输出电压的谐波含量减小，非线性负载适 应能力加强。目前，这种基于电流内环的电压 源逆变器波形控制技术越来越得到广泛的应 用。 PWM 逆变器双环控制方案分为电感电流内 环电压外环和电容电流内环电压外环两种,由
PWM 逆变器双环控制技术研究
Research on dual-loop control technology for PWM Inverters
何 俊，彭 力，康 勇 HE Jun，PENG Li，KANG Yong （华中科技大学电气与电子工程学院，湖北，武汉 430074，pretenderhj@） (Department of Electrical and Electronics Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074,China)
(a)电流峰值达额定峰值 （a）开环频率特性 （b）闭环频率特性
(b)电流有效值达额定有效值
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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
足;② PI调节器的本质是滞后校正,它有降低系统稳定性趋势,按要求, G C的滞后校正网络的极点(p i =0
与零点
i
i
略小于1/T 1,以保
证系统的动态性能.因此,从实际操作和理论分析都证明,采取G C
为,在实际产品的研制过程中,电流环采取PI调节器,系统将更易于实现.
3结束语
通过对双环反馈控制的SPWM逆变电源系统的电流环设计原则及系统的开环特性分析,可得出如下结论:在系统参数不太明了的情况下,电流内环尽量采取PI调节器设计,它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.当系统参数比较明确或者系统惯性较小时,采取P调节器,可以降低系统调节的难度和复杂性.总之,内环采取哪种调节器应该由系统的本身性能来决定.参考文献:
与G O
的零极点抵消的设计
方法只是一个理想的分析.
若在
s
V
s +
11+T /r
T 1s +
1T +Kp K PWM K
s +1
(9
G
b =
K V K i K PWM K
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1
i
s +1
s +1
(10
式中K p为P调节器的放大倍数;=
900
i
=0.001, K =0.025,
关键词:逆变器;双环反馈;电流环中图分类号:TM464
文献标识码:A
近年来, SPWM正弦波逆变器的反馈控制技术发生2个较大变化, ①单环控制变为多环控制, ②有效值恒定反馈变为“瞬时”值反馈,目的是为了提高系统的动态响应速度和改善并控制在任意负载,特别是非线性负载下的输出波形
.对于双环
系统,一般采取电压外环,电流内环的设计.电压环的作用是跟踪和稳定输出电压,它的设计大多采取PI调节器模式.电流环的作用是使逆变器的动态响应加快,负载适应能力加强,并具有输出电流限制能力,可提高系统的可靠性,因此,电流环的设计是双环反馈控制的关键技术之一.对于电流环的设计,常见有P和PI 2种设计方法,在实际应用中到底选哪种方法合适,目前还没有成熟的结论.本文通过建立DC/AC系统的动态模型,对该模型进行理论上的简化和特性分析.理论分析表明: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;当系统参数基本明确或系统的惯性较小(如大功率逆变器情况下,可以考虑采取P调节器,可以降低系统的调节难度,提高系统的响应速度.通过对实际系统的仿真验证了本文结论的正确性.
V
=8, T =0.01.对式(9 ,式(10进行仿
真,其伯德图分别如图4、图5所示.
从仿真结果可见,若在
s
1010
/
幅值/d B
10
10
10
10
rad/s
101010
10
rad/s
1010
/
相角/(°图5PI调节时开环系统伯德图
500-50
-100-50-100
-150
-200-250
200空军雷达学院学报2006年
[3]FRASER M E, MANNING C D. Performance of Average Current Mode Controlled PWM Inverter with High Crest Factor Load [C ]//FifthInternational Conference on Power Electronics and Variable-Speed Drives . 2003:661-667. [4]朱忠尼,等.现代伺服系统[M ].成都:四川科技出版社, 2001:113-125.
U
C
=I
C
s
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(2
将负载电流I
o看作输出扰动,
,女,硕士,主要从事电力电子技术研究.
文章编号:CN42-1564(2006 03-0198-03
U图1SPWM正弦波逆变器的功率电路原理框图
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第卷20第3期2006年月
9空军雷达学院学报
Journal of Air Force Radar Academy Vol.20No.3Sep. 2006
[1]Naser Mabdel-Rahim, John E Quaicoe . Analysis and De-sign of a multiple Feedback Loop Control Strategy for Single-phase Voltage Source UPS Inverters [J ]. IEEE Trans . on PE , 1996,11(4 :532-541.
第3期
陈元娣,等:双环反馈控制的SPWM逆变电源中电流环的设计
199
图,如图3所示.
根据实际情况,逆变桥及滤波电路系统模型有2种进一步简化的方式.
(1 T 1>>1
,
s
T 1s K 1
T
(3
式中K 1=K PWM K
i
=T i +T
T i , T <<1, T 1不远远大于1时,则G
o
=
K 1
1+
T