電流滯環(huán)跟蹤PWM仿真

題目七電流滯環(huán)跟蹤PWM(CHBPWM)控制技術(shù)的仿真摘要：電流滯環(huán)跟蹤PWM(CHBPWM)控制技術(shù)的仿真所采用的器件簡單，利用simulink工具分析了在電流跟蹤控制中采用滯環(huán)寬度并討論了滯環(huán)寬度與開關(guān)頻率和控制精度之間的關(guān)系，給出了各波形。關(guān)鍵詞:電流滯環(huán)控制脈寬控制滯環(huán)寬度控制法關(guān)鍵詞:電流滯環(huán)控制脈寬控制滯環(huán)寬度控制法、前言應(yīng)用PWM控制技術(shù)的變壓變頻器一般都是電壓源型的，它可以按需要方便地控制其輸出電壓，為此前面兩小節(jié)所述的PWM控制技術(shù)都是以輸出電壓近似正弦波為目標(biāo)的。但是，在電流電機(jī)中，實(shí)際需要保證的應(yīng)該是正弦波電流，因?yàn)樵诮涣麟姍C(jī)繞組中只有通入三相平衡的正弦電流才能使合成的電磁轉(zhuǎn)矩為恒定值，不含脈動分量。因此，若能對電流實(shí)行閉環(huán)控制，以保證其正弦波形，顯然將比電壓開環(huán)控制能夠獲得更好的性能。二、電流滯環(huán)跟蹤控制原理常用的一種電流閉環(huán)控制方法是電流滯環(huán)跟蹤PWM(CurrentHysteresisBandPWM——CHBPWM)控制，具有電流滯環(huán)跟蹤PWM控制的PWM變壓變頻器的A相控制原理如1圖所示。VD］丕VD］丕￡1】HBC圖1電流滯環(huán)跟蹤控制的A相原理圖圖中，電流控制器是帶滯環(huán)的比較器，環(huán)寬為2h。將給定電流i*a與輸出電流ia進(jìn)行比較，電流偏差M超過時(shí)土h，經(jīng)滯環(huán)控制器HBC控制逆變器A相上（或下）橋臂的功率器件動作。B、C二相的原理圖均與此相同。采用電流滯環(huán)跟蹤控制時(shí)，變壓變頻器的電流波形與PWM電壓波形示于圖6-23。如果，ia<i*a，且i*a-iaNh，滯環(huán)控制器HBC輸出正電平，驅(qū)動上橋臂功率開關(guān)器件V1導(dǎo)通，變壓變頻器輸出正電壓，使增大。當(dāng)增長到與相等時(shí)，雖然，但HBC仍保持正電平輸出，保持導(dǎo)通，使繼續(xù)增大直到達(dá)到ia=i*a+h，Aia=h，使滯環(huán)翻轉(zhuǎn)，HBC輸出負(fù)電平，關(guān)斷V1，并經(jīng)延時(shí)后驅(qū)動V4但此時(shí)未必能夠?qū)?，由於電機(jī)繞組的電感作用，電流不會反向，而是通過二極管續(xù)流，使受到反向鉗位而不能導(dǎo)通。此后，逐漸減小，直到時(shí)，，到達(dá)滯環(huán)偏差的下限值，使HBC再翻轉(zhuǎn)，又重復(fù)使導(dǎo)通。這樣，與交替工作，使輸出電流給定值之間的偏差保持在范圍內(nèi)，在正弦波上下作鋸齒狀變化。從圖2中可以看到，輸出電流是十分接近正弦波的。圖2電流滯環(huán)跟蹤控制時(shí)的電流波形圖2給出了在給定正弦波電流半個(gè)周期內(nèi)的輸出電流波形和相應(yīng)的相電壓波形?？梢钥闯?，在半個(gè)周期內(nèi)圍繞正弦波作脈動變化，不論在的上升段還是下降段，它都是指數(shù)曲線中的一小部分，其變化率與電路參數(shù)和

電機(jī)的反電動勢有關(guān)。UWQQQUWQQQ圖3三相電流跟蹤型PWM逆變電路圖4三相電流跟蹤型PWM逆變電路輸出波形因此，輸出相電壓波形呈PWM狀，但與兩側(cè)窄中間寬的SPWM波相反，兩側(cè)增寬而中間變窄，這說明為了使電流波形跟蹤正弦波，應(yīng)該調(diào)整一下電壓波形。電流跟蹤控制的精度與滯環(huán)的環(huán)寬有關(guān)，同時(shí)還受到功率開關(guān)器件允許開關(guān)頻率的制約。當(dāng)環(huán)寬選得較大時(shí)，可降低開關(guān)頻率，但電流波形失真較多，諧波分量高；如果環(huán)寬太小，電流波形雖然較好，卻使開關(guān)頻率增大了。這是一對矛盾的因素，實(shí)用中，應(yīng)在充分利用器件開關(guān)頻率的前提下，正確地選擇盡可能小的環(huán)寬。電流滯環(huán)跟蹤控制方法的精度高，響應(yīng)快，且易于實(shí)現(xiàn)。但受功率開關(guān)器件允許開關(guān)頻率的限制，僅在電機(jī)堵轉(zhuǎn)且在給定電流峰值處才發(fā)揮出最高開關(guān)頻率，在其他情況下，器件的允許開關(guān)頻率都未得到充分利用。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，可以采用具有恒定開關(guān)頻率的電流控制器，或者在局部范圍內(nèi)限制開關(guān)頻率，但這樣對電流波形都會產(chǎn)生影響。采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型PWM交流電路有以下特點(diǎn)：（1）硬件電路簡單；（2）屬于事實(shí)控制方式，電流反應(yīng)快；（3）不需要載波，輸出電壓波形中不含有特定頻率的諧波分量；（4）和計(jì)算法及調(diào)制法相比，相同開關(guān)頻率時(shí)輸出電流中高次諧波含量較多；（5）屬于閉環(huán)控制，這是各種跟蹤型PWM交流電路的共同特點(diǎn)。三：三相電流的滯環(huán)跟蹤控制的simulink的仿真三相電流跟蹤型PWM逆變電路：Diode2主電路subsystem內(nèi)部圖:封裝主電路:Discrete,

s=1e-005s

powerguiIniOut1Out2Out30ut4In2Out5Out6Out7In，Ou,aOut9Out1In1Out2In2Out3In30i_it4In4Out5In50ut6In6Out7SubsystemSubsystem1ScopeloScopeSimulink仿真時(shí)間參數(shù)設(shè)置:示波器設(shè)置:負(fù)載設(shè)置:滯環(huán)設(shè)置:直流電源:給定正弦信號波:List亦新gn支l+-Sampletime(-1forinherited):-10KCancelHelpApply在MATLAB中使用subplot作圖：觸發(fā)脈沖subplot(6,1,1);plot(ScopeData2.time,ScopeData2.signals(1).values,'r');title('觸發(fā)脈沖1');grid;axis([0,0.02,0,3]);subplot(6,1,2);plot(ScopeData2.time,ScopeData2.signals(2).values,'r');title('觸發(fā)脈沖2');grid;axis([0,0.02,0,3]);subplot(6,1,3);plot(ScopeData2.time,ScopeData2.signals(3).values,'r');title('觸發(fā)脈沖3');grid;axis([0,0.02,0,3]);subplot(6,1,4);plot(ScopeData2.time,ScopeData2.signals(4).values,'r');title('觸發(fā)脈沖4');grid;axis([0,0.02,0,3]);subplot(6,1,5);plot(ScopeData2.time,ScopeData2.signals(5).values,'r');title('觸發(fā)脈沖5');grid;axis([0,0.02,0,3]);subplot(6,1,6);plot(ScopeData2.time,ScopeData2.signals(6).values,'r');title('觸發(fā)脈沖6');grid;axis([0,0.02,0,3]);電流置換跟蹤控制相電流subplot(3,1,1);plot(ScopeData1.time,ScopeData1.signals(1).values,'k');title('電流滯環(huán)跟蹤控制A相電流');grid;axis([0,0.04,-25,25]);gridon;subplot(3,1,2);plot(ScopeData1.time,ScopeData1.signals(2).values,'k');title('電流滯環(huán)跟蹤控制B相電流');grid;axis([0,0.04,-25,25]);gridon;subplot(3,1,3);plot(ScopeData1.time,ScopeData1.signals(3).values,'k');title('電流滯環(huán)跟蹤控制C相電流');grid;axis([0,0.04,-25,25]);gridon;電流滯環(huán)跟蹤控制電壓subplot(4,1,1);plot(ScopeData.time,ScopeData.signals(1).values,'k');title('電流滯環(huán)跟蹤控制A相相電壓');grid;axis([0,0.02,-220,220]);gridon;subplot(4,1,2);plot(ScopeData.time,ScopeData.signals(2).values,'k');title('電流滯環(huán)跟蹤控制B相相電壓');grid;axis([0,0.02,-220,220]);gridon;subplot(4,1,3);plot(ScopeData.time,ScopeData.signals(3).values,'k');title('電流滯環(huán)跟蹤控制C相相電壓');grid;axis([0,0.02,-220,220]);gridon;subplot(4,1,4);plot(ScopeData.time,ScopeData.signals(4).values,'k');title('電流滯環(huán)跟蹤控制BC相相電壓');grid;axis([0,0.02,-440,440]);gridon四.各仿真波形(1)當(dāng)滯環(huán)脈寬2h=5時(shí)的仿真結(jié)果

觸發(fā)脈沖波形電流波形電壓波形

電流滯環(huán)跟蹤控制局目相電壓200□-200□0.0050.010.0150.020.0250.030.0350.04電流滯環(huán)跟蹤控制BC線電壓相電壓相電壓頻譜圖一Signaltoanalyze—ODisplayselectedsignal(*)DisplayFFTwindowi—Availablesignals—Structure:ScopeDataInput:input1vSignalnumber:1i—FFTwindow0.0FFTanalysisNumber電流滯環(huán)跟蹤控制BC線電壓相電壓相電壓頻譜圖一Signaltoanalyze—ODisplayselectedsignal(*)DisplayFFTwindowi—Availablesignals—Structure:ScopeDataInput:input1vSignalnumber:1i—FFTwindow0.0FFTanalysisNumberofcycles:Fundamental(50Hz)=108.5.THD=167.11%(-cu-EaEq:nLl_)605600Frequency(Hz)8001000Fundamentalfrequency(Hz):50FFTsettingsDisplaystyle:Bar(relativetofundamental)Basevalue:.0Frequencyaxis:HertzMaxFrequency(Hz):1000DisplayClose2000-200—SignaltoanalyzeODisplayselectedsignal(*)j5isplayFFTwindow?FFTwindow:1of3cyclesofselectedsignal00.0020.0040.0060.0080.012000-200—SignaltoanalyzeODisplayselectedsignal(*)j5isplayFFTwindow?FFTwindow:1of3cyclesofselectedsignal00.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.018Time(s)—FFTanalysis—65Fundamental(50Hz)=191.2.THD=133.05%4321200400600Frequency(Hz)8001000—Availablesignal：—Structure:ScopeDataInput:input4vSignalnumber:1v—FFTwindowStarttime(s):0.0Numberofcycles:1Fundamentalfrequency(Hz):50—FFTsettings—Displaystyle:Bar(relativetofLjndamerrtal；ivBasevalue:FTiliFrequencyaxis:HertzMaxFrequency(Hz):1000DisplayCloseTOC\o"1-5"\h\z00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.04hn-[r-[ri~n-nirnnTinm~[ThrTVTnninirK5-[nrnTwiiiiiii11iiiiiinmo觸發(fā)脈沖20.0050.010.0150.020.0250.03hn-[r-[ri~n-nirnnTinm~[ThrTVTnninirK5-[nrnTwiiiiiii11iiiiiinmo---TrirnnhmnnrirhrTirfnhTTfTTnTiirirnirnRnniiiii"i~innTiinmim00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.04觸發(fā)脈沖4innnihmiimbminiiiBnnnriziinnniimnLokmiLiiiiiinna00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.04觸發(fā)脈沖5innnirnhrir-K-KhriiTTTiriiiiiii1111i由rnnniTn苛ir-ir~[r~[h~[rnnmi~n~r~in00.0050.010.0150.020.0250.030.0350.04觸發(fā)脈沖B--[TnTTniTtinrnrTiinnnTnrnfn-irn-iiiHTnrnnnhmninnTTnTni-rT-Trin電流波形□20電流滯環(huán)跟蹤控制時(shí)目電流波形-2000.010.020.030.04□20電流滯環(huán)跟蹤控制時(shí)目電流波形-2000.010.020.030.040.050.06電流滯可跟蹤控制日相電流波形電壓波形200電流滯環(huán)跟蹤控制時(shí)目相電壓200電流滯環(huán)跟蹤控制時(shí)目相電壓-200□0.0050.010.0150.020.0250.030.0350.04電流滯環(huán)跟蹤控制日相相電壓200rrrtttt□0.0050.010.0150.020.0250.030.0350.04電流滯環(huán)跟蹤控制EIC線電壓□0.0050.010.0150.020.0250.030.0350.04相電壓線電壓頻譜圖—Signaltoanalyze—ODisplayselectedsignal(*)DisplayFFTwindowFFTwindow:1of3cyclesofselectedsignal100-10000.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.018Time(s)—FFTanalysis—(-SUITIEEFZ5o_&zpAvailablesignals—Structure:ScopeDataInput:input1Signalnumber:1—FFTwindow^Starttime(s):0.0Numberofcycles:1Fundamentalfrequency(Hz):50FFTsettings—Displaystyle:Bar(relativetofundarrierital；ivBasevalue:|roFrequencyaxis:HertzMaxFrequency(Hz):1000—Signaltoanalyze—ODisplayselectedsignal(*)DisplayFFTwindow—FFTanalysisFrequency(Hz)i—AvailablesignalsStructure:ScopeDataInput:input4vSignalnumber:1i—FFTwindow0.0Numberofcycles:Fundamentalfrequency(Hz):50FFTsettingsDisplaystyle:Bar(relativetofundamental)vBasevalue:FTo_Frequencyaxis:HertzvMaxFrequency(Hz):■1000DisplayClose五，仿真結(jié)果分析電流跟蹤控制的精度與滯環(huán)的環(huán)寬有關(guān)，同時(shí)還受到功率開關(guān)器件允許開關(guān)頻率的制約。當(dāng)環(huán)寬選得較大時(shí)，可降低開關(guān)頻率，但電流波形失真較多，諧波分量高；如果環(huán)寬太小，電流波形雖然較好，卻使開關(guān)頻率增大了。這是一對矛盾的因素，實(shí)用中，應(yīng)在充分利用器件開關(guān)頻率的前提下，正確地選擇盡可能小的環(huán)寬。采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型PWM交流電路有以下特點(diǎn)：（1）硬件電路簡單；（2）屬于事實(shí)控制方式