電力電子建模控制方式及系統(tǒng)建模課件

第二章DC/DC變換器的動態(tài)建模一、DC/DC變換器閉環(huán)控制系統(tǒng)先建立被控對象動態(tài)數(shù)學(xué)模型，得到傳遞函數(shù)，再應(yīng)用經(jīng)典控制理論進(jìn)行補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。電力電子系統(tǒng)一般由電力電子變換器、PWM調(diào)制器、反饋控制單元、驅(qū)動電路等組成。電力電子系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能的好壞與反饋控制設(shè)計密切相關(guān)。第二章DC/DC變換器的動態(tài)建模一、DC/DC變換器閉環(huán)1二、電力電子系統(tǒng)的非線性非線性元件：無法用線性微分方程描述U-I關(guān)系的元件，如二極管、開關(guān)元件（MOSFET、IGBT等）。電力電子變換器、部分電源和負(fù)載都具有非線性。電力電子系統(tǒng)是非線性系統(tǒng)，而經(jīng)典控制理論是線性系統(tǒng)理論，能否適用于此？若可以，如何獲取其數(shù)學(xué)模型？二、電力電子系統(tǒng)的非線性非線性元件：無法用線性微分方程描述U2CCM:三、電力電子系統(tǒng)線性化的前提為了應(yīng)用經(jīng)典控制理論進(jìn)行補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，需要建立電力電子系統(tǒng)的線性化數(shù)學(xué)模型。靜態(tài)工作點輸出特性曲線建立電力電子系統(tǒng)的線性化數(shù)學(xué)模型是否可行？非線性CCM:三、電力電子系統(tǒng)線性化的前提為了應(yīng)用經(jīng)典控制理論進(jìn)行3穩(wěn)態(tài)工作時，輸出電壓包含開關(guān)周期平均值分量和開關(guān)頻率紋波分量，而后者遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于前者。開關(guān)頻率紋波分量是與生俱來的，無法徹底消除。判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定依據(jù)的是輸出電壓平均值波形。公式中的Uo指的是輸出電壓的開關(guān)周期平均值。穩(wěn)態(tài)工作時，輸出電壓包含開關(guān)周期平均值分量和開關(guān)頻率紋波分量4假設(shè)占空比在靜態(tài)工作點D附近存在一個低頻、小擾動，即：擾動量PWM脈沖序列的寬度被低頻正弦信號所調(diào)制。輸出電壓也被低頻調(diào)制，即輸出電壓含有三個分量：直流分量、低頻調(diào)制小信號分量和開關(guān)頻率分量。假設(shè)占空比在靜態(tài)工作點D附近存在一個低頻、小擾動，即：擾動量5若擾動量的幅值足夠小，則可用靜態(tài)工作點處的切線代替實際曲線，即：若擾動量的幅值足夠小，則可用靜態(tài)工作點處的切線代替實際曲線，6此時，有：

輸出電壓的低頻小信號分量與擾動量成正比，說明具有了線性電路的特征。忽略紋波，研究小信號擾動下的動態(tài)特性，電力電子系統(tǒng)方可近似為線性系統(tǒng)。此時，有：輸出電壓的低頻小信號分量與擾動量成正比，說明具有7四、小信號線性模型的基本建立方法電力電子系統(tǒng)動態(tài)分析針對的是輸入/輸出電壓、輸入/輸出電流、占空比等變量中的低頻小信號分量。小信號模型是指低頻小信號分量作用下，電力電子變換器的等效模型。如何才能有效提取出各電量中的小信號分量？變量=直流分量+低頻小信號分量+開關(guān)頻率紋波分量=狀態(tài)平均值+開關(guān)頻率紋波分量第1步.求各變量的開關(guān)周期平均值，以濾除開關(guān)頻率紋波分量。第2步.分離擾動，以濾除直流分量。1.基本思路四、小信號線性模型的基本建立方法電力電子系統(tǒng)動態(tài)分析針對的是82.狀態(tài)平均狀態(tài)平均值：狀態(tài)變量在一個開關(guān)周期內(nèi)的平均值。狀態(tài)平均可以濾除信號中的開關(guān)頻率分量。低頻分量的頻率越小，則狀態(tài)平均值越接近于小信號分量+直流分量。電感電流電容電壓2.狀態(tài)平均狀態(tài)平均值：狀態(tài)變量在一個開關(guān)周期內(nèi)的平均值。9狀態(tài)2:

(t+dTs~t+Ts)3.直接建模法——解析法用直接建模法，建立CCM時Boost變換器的小信號模型。第1步.狀態(tài)平均狀態(tài)1:

(t~t+dTs)狀態(tài)2:(t+dTs~t+Ts)3.直接建模法——解析法10假設(shè)變換器的狀態(tài)變量（電容電壓和電感電流）的開關(guān)頻率紋波很小，忽略不計，則：假設(shè)擾動頻率足夠低，在一個開關(guān)周期內(nèi)，平均值接近于直流分量，近似不變，則：瞬時值假設(shè)變換器的狀態(tài)變量（電容電壓和電感電流）的開關(guān)頻率紋波很小11電力電子建?？刂品绞郊跋到y(tǒng)建模課件12電力電子建模控制方式及系統(tǒng)建模課件13電力電子建?？刂品绞郊跋到y(tǒng)建模課件14平均變量的狀態(tài)方程（或狀態(tài)平均方程）：平均變量的狀態(tài)方程（或狀態(tài)平均方程）：15Tips:狀態(tài)方程的簡易求法Tips:狀態(tài)方程的簡易求法16電力電子建模控制方式及系統(tǒng)建模課件17第2步.分離擾動各平均變量和控制量d都包含了直流分量和低頻小信號分量，為大信號模型。大信號模型若要得出低頻小信號模型，需要將直流分量和低頻小信號擾動進(jìn)行分離。第2步.分離擾動各平均變量和控制量d都包含了直流分量和低頻18令：則狀態(tài)方程改寫為：令：則狀態(tài)方程改寫為：19等式兩邊的直流項相等，交流項也相等。因此：靜態(tài)工作點：交流小信號狀態(tài)方程為：等式兩邊的直流項相等，交流項也相等。因此：靜態(tài)工作點：交流小20小信號乘積項為非線性項，屬于二階微小量，將其從等式中去除，引起的誤差極小，且能將方程線性化。第3步.線性化小信號乘積項小信號解析模型小信號乘積項為非線性項，屬于二階微小量，將其從等式中去除，引21建立DC/DC變換器的小信號模型的三步走：低頻假設(shè)小紋波假設(shè)小信號假設(shè)總結(jié)1、狀態(tài)平均；2、分離擾動；3、線性化。建立小信號模型的前提建立DC/DC變換器的小信號模型的三步走：低頻假設(shè)小紋波假設(shè)223.利用小信號解析模型求取傳遞函數(shù)第1步.拉普拉斯變換設(shè)各狀態(tài)變量的初值為零小信號建模的目的：研究占空比、輸入電壓的低頻小擾動對DC/DC變換器中的電壓、電流穩(wěn)定性的影響。3.利用小信號解析模型求取傳遞函數(shù)第1步.拉普拉斯變換設(shè)23第2步.根據(jù)S域狀態(tài)方程求取傳遞函數(shù)①輸入到輸出的傳遞函數(shù)第2步.根據(jù)S域狀態(tài)方程求取傳遞函數(shù)①輸入到輸出的傳遞函數(shù)24②控制到輸出的傳遞函數(shù)④開環(huán)輸入阻抗③控制到電感電流的傳遞函數(shù)②控制到輸出的傳遞函數(shù)④開環(huán)輸入阻抗③控制到電感電流的傳遞函254.小信號電路模型①電感回路的小信號電路模型4.小信號電路模型①電感回路的小信號電路模型26②電容回路的小信號電路模型②電容回路的小信號電路模型27③CCM時Boost變換器的小信號電路模型理想變壓器③CCM時Boost變換器的小信號電路模型理想變壓器285.利用小信號電路模型求取傳遞函數(shù)5.利用小信號電路模型求取傳遞函數(shù)29①輸入到輸出的傳遞函數(shù)①輸入到輸出的傳遞函數(shù)30②控制到輸出的傳遞函數(shù)②控制到輸出的傳遞函數(shù)31③開環(huán)輸入阻抗③開環(huán)輸入阻抗326.開關(guān)元件平均模型法開關(guān)元件線性定常電路電力電子系統(tǒng)的非線性源自于開關(guān)元件。若能將開關(guān)元件線性化，則可得出電力電子系統(tǒng)的線性化模型。6.開關(guān)元件平均模型法開關(guān)元件線性定常電路電力電子系統(tǒng)的非33用開關(guān)元件平均法，建立CCM時Boost變換器的小信號模型。第1步.求開關(guān)元件平均變量等效電路狀態(tài)2:

(t+dTs~t+Ts)狀態(tài)1:

(t~t+dTs)用開關(guān)元件平均法，建立CCM時Boost變換器的小信號模型。34電力電子建模控制方式及系統(tǒng)建模課件35開關(guān)元件平均化，就是將其用狀態(tài)變量平均值控制的受控源來表示。電力電子系統(tǒng)中的其他元件為線性元件，因此平均化前后不發(fā)生任何變化。開關(guān)元件平均化，就是將其用狀態(tài)變量平均值控制的受控源來表示。36開關(guān)元件平均變量等效電路開關(guān)元件平均變量等效電路37第2、3步.分離擾動、線性化令：二階微小量第2、3步.分離擾動、線性化令：二階38交流小信號等效電路直流等效電路交流小信號等效電路直流等效電路39用開關(guān)元件平均模型法得到的CCM時Boost變換器的小信號等效電路，求取傳遞函數(shù)。①輸入到輸出的傳遞函數(shù)用開關(guān)元件平均模型法得到的CCM時Boost變換器的小信號等40②控制到輸出的傳遞函數(shù)②控制到輸出的傳遞函數(shù)41③開環(huán)輸入阻抗③開環(huán)輸入阻抗42五、脈寬調(diào)制器的傳遞函數(shù)電力電子系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)開關(guān)管驅(qū)動信號的占空比來實現(xiàn)輸出控制。PWM調(diào)制器的作用：將補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)輸出的連續(xù)控制量調(diào)制為占空比可調(diào)的脈沖序列驅(qū)動信號。五、脈寬調(diào)制器的傳遞函數(shù)電力電子系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)開關(guān)管驅(qū)動信號的43電力電子建模控制方式及系統(tǒng)建模課件44如何求出下列各調(diào)制器的傳遞函數(shù)？如何求出下列各調(diào)制器的傳遞函數(shù)？45電力電子建?？刂品绞郊跋到y(tǒng)建模課件46六、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)電力電子系統(tǒng)中補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)一般都采用PI調(diào)節(jié)器。六、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)電力電子系統(tǒng)中補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)一般都采用PI調(diào)47PI調(diào)節(jié)器有兩種模擬電路實現(xiàn)方法：必須用雙電源供電可以用單電源供電PI調(diào)節(jié)器有兩種模擬電路實現(xiàn)方法：必須用雙電源供電可以用單電48

49、不要輕易用過去來衡量生活的幸與不幸！每個人的生命都是可以綻放美麗的，只要你珍惜。

50、給自己定目標(biāo)，一年，兩年，五年，也許你出生不如別人好，通過努力，往往可以改變%的命運。破罐子破摔只能和懦弱做朋友。

51、當(dāng)眼淚流盡的時候，留下的應(yīng)該是堅強(qiáng)。

52、上天完全是為了堅強(qiáng)你的意志，才在道路上設(shè)下重重的障礙。

53、沒有播種，何來收獲；沒有辛苦，何來成功；沒有磨難，何來榮耀；沒有挫折，何來輝煌。

54、只要路是對的，就不怕路遠(yuǎn)。

55、生命對某些人來說是美麗的，這些人的一生都為某個目標(biāo)而奮斗。

56、浪花總是著揚帆者的路開放的。

74、失敗是什么？沒有什么，只是更走近成功一步；成功是什么？就是走過了所有通向失敗的路，只剩下一條路，那就是成功的路。

75、要改變命運，首先改變自己。

76、我們?nèi)粢呀邮茏顗牡?，就再沒有什么損失。

77、在生活中，我跌倒過。我在嘲笑聲中站起來，雖然衣服臟了，但那是暫時的，它可以洗凈。

78、沒有壓力的生活就會空虛；沒有壓力的青春就會枯萎；沒有壓力的生命就會黯淡。

79、人生就像一杯沒有加糖的咖啡，喝起來是苦澀的，回味起來卻有久久不會退去的余香。

80、最困難的時候，就是距離成功不遠(yuǎn)了。

81、知道自己要干什么，夜深人靜，問問自己，將來的打算，并朝著那個方向去實現(xiàn)。而不是無所事事和做一些無謂的事。

82、出