单周期控制介绍

2015/9/8 Tuesday
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基本原理 控制机理 抗扰动分析 总结
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汇报内容
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抗扰动分析
假定控制参数和负载时恒定 电源电压Vg受到干扰 二极管电压发生改变 积分斜率发生改变
达到Vref的速度将实时调整
完全抑制电源电压的干扰——抗干扰能力强
Vref
若Ts≠RC，则y(t)avg=KVref 即输出信号与基准值成正比
任何物理或者信号开关都能使用单周期控制，也就是说，开关变 量可以是任何开关变量或者抽象信号。
利用单周期控制技术，开关变量的瞬态过程仅仅持续一个开关周 期。所以在控制参数与开关变量的平均值之间不存在稳态误差以 及动态误差。
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抗扰动分析
假定电源电压及控制参数都与时间相关 （eg.当控制参数正弦变化时电源电压有 一个阶跃干扰）
当电源电压上升时，积分器的 斜率将变得更陡。 无论积分器斜率如何变化，在 每个周期内积分器的值总是跟 随正弦控制参考信号的。
二极管的平均电压不受电源电压干扰信号的影响，在一个周 期内都能跟随控制参考信号——控制参数的跟随性好
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如果控制参数是一个时间 的函数，那么二极管电压 的平均值等于每个周期内 随时间变化的控制参数值。
在这种控制方法下，占空 比d由下式决定：
d与先前的开关周期状态无关
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控制概念
由此公式决定的占空比是电源电压与控制参数的非线性函数。在这种非线 性控制下，Buck变换器的输出电压变为独立于电源电压的控制参数的线性函数。
Ts 0
Vref
dt
恒频控制时，开关周期Ts为常量。若开关频率远大于Vref的频率时，有：
y(t)avg
1 Ts
Ton x(t)dt 1
0
Ts
V Ts
0 ref
dt
Vref
单周期控制：通过对开关占空比的控制，让开关变量平均值在每个开关周 期中都严格等于控制参考量或与控制参考量成正比。 ——将非线性控制转化为线性控制
1
y (t )avg
Ts
Ton x(t)dt
0
x(t) 1 Ton dt x(t)d (t)
Ts 0
其中 d (t) Ton Ts
——表示开关S驱动占空比
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控制理论
如果在一个开关周期内，通过对d(t)的控制，使得y(t)的积分值和参考
值Vref的积分值相等，即：
Ton x(t)dt 0
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汇报内容
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介绍了单周期控制的概念 介绍了单周期控制的控制机理与实现过程 介绍了单周期控制的抗扰动性能 进行了优缺点比较 简要介绍了单周期控制的拓展
总结
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Thank you!
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L
C
Vref
R V0
V0
1
(L
Vref R)s
LCs 2
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控制概念 控制理论 优缺点分析 总结
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汇报内容
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PWM
x (t )
x(t) S y(t)
s (t )
t
t
Ton
Ts
y(t)
t
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控制理论
当S的开关频率远大于x(t)的频率时， 则x(t)在一个开关周期内的值可认为是 不变的，从而得到y(t)在一个开关周期 的平均值：
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优缺点分析
优点： 抗电源扰动能力强 跟踪瞬态变化动态响应快；波形质量好 能克服PWM控制方法的一些固有缺陷(调节慢，有过冲)
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优缺点分析
缺点： 硬件设计方面，单周期控制的算法需要快速积分器，而PWM控制则不
需要，PWM控制显得更简单
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单周期控制的拓展——Ton恒定：
单稳态 触发器
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单周期控制的拓展——Ton恒定： 关断时间由下式决定：
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单周期控制的拓展——Toff恒定：
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基本原理 控制机理 优缺点分析 总结
单周期控制是一种实用的非线性控制,它可以抑制输入电压的扰动,使系 统具有良好的跟随特性和较强的抗扰动性,同时,控制电路变得简单可靠, 系统的体积大为缩小。单周期用在SPWM电路中,可提高输出电压瞬态 响应的速度和稳定度。
单周期控制具有对外部干扰响应速度快，控制过程无过冲特点。将其 应用到单相光伏并网逆变器的控制中，可提高逆变器的抗干扰能力。
单周期控制介绍
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控制概念 控制理论 优缺点分析 总结
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汇报内容
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2015/9/8 T源自文库esday
控制概念
恒频开关变换器
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控制概念
一个恒频的时钟信号在每 个开关周期将开通开关管 二极管电压积分后与控制参数比较 当二极管积分电压达到控制参 数时，比较器改变其状态 开关管关断并且积分器重置为0
单周期控制的控制方法不是直接控制输出量，而是间接的控制开关变 量，因而存在一些寄生参数，导致稳态误差（需改进算法）
单周期控制抗负载扰动能力差，其动态性能优于电压、电流型控制， 但经滤波器后输出电压的稳态精度不及电压、电流控制技术。
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优缺点分析
特点及运用：
将单周期控制技术应用于三相整流器中可以实现低电流畸变和高功率 因数，这种控制方法取消了传统控制方法中的乘法器，使整个控制电 路的复杂程度降低，具有动态响应快、开关频率恒定、鲁棒性强、易 于实现等优点，是一种很好的控制方法。
rst
RS复位，S断开，积分器复位。
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控制理论
t
t
x(t )
Vref
t
Vref
t t
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控制理论
设计积分器R、C值，使得Ts=RC，从而得到一个开关周期内输出信号y(t) 的平均值为：
y(t)avg
1 Ts
Ton x(t)dt 1
0
RC
Ton 0
x(t)dt
Vm
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控制概念
假如控制参数是恒定的， 那么二极管电压的平均值 也为恒定的。
积分器的斜率直接正比于 电源电压。
当电源电压较高时，积分 器响应斜率越陡；所以， 积分器达到控制参数的值 也越快。因此，占空比越 小。当电源电压较低时， 占空比则相应较高。
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控制概念
开关变量的瞬态平均值，即二极管电 压可在一个开关周期内达到要求 ——单周期控制
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如何用具体电路实现对占空比的控制？
R
y(t)
Rst
C
时钟发生器
-
+
积分器
比较器
Vm
+
Clk
Vref
-
驱动信号
PWM
S
SQ RQ
x(t)
Clk
Ts
PWM
Ton
y (t )
每个周期开始阶段，开关S由RS
Vm
触发闭合，积分器开始积分，当 积分值Vm=Vref时，比较器翻转，