双环反馈控制的SPWM逆变电源中电流环的设计
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.
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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
/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;=
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
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U
C
=I
C
s
s Z
(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
u g
i *
g I o
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
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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