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  • 电流滞环控制
    2021-04-20 06:09:33

    电流滞环控制的三相PWM逆变器仿真

    11级三班8号XX

    摘要

    针对传统的SPWM电压型逆变器的不足,提出采用电流滞环跟踪PWM的逆变器控制方式。介绍了电流滞环跟踪PWM逆变器的控制原理,对其开关频率进行了数学分析,最后构建模型并进行仿真。仿真结果表明,此方法效果明显,动态性能好,可保证电流波形好的正弦性。

    关键词:电流滞环控制、三相PWM逆变器、开关频率、simulink

    一、引言

    三相PWM逆变器中的滞环电流控制因其控制方式简单、易于硬件实现、工作可靠、无跟踪误差、动态响应快等优点,得到了广泛的重视与应用。PWM(Pulse Width Modulation)控制技术的变压变频器一般都是电压源型的,它可以按需要方便地控制其输出电压,但是在电流电机中,实际需要保证的应该是正弦波电流,因为在交流电机绕组中只有通入三相平衡的正弦电流才能使合成的电磁转矩为恒定值,不含脉动分量。因此,若能对电流实行闭环控制,以保证其正弦波形,显然将比电压开环控制能够获得更好的性能。

    电流滞环跟踪控制方法的精度高,响应快,且易于实现。但受功率开关器件允许开关频率的限制,仅在电机堵转且在给定电流峰值处才发挥出最高开关频率,在其他情况下,器件的允许开关频率都未得到充分利用。为了克服这个缺点,可以采用具有恒定开关频率的电流控制器,或者在局部范围内限制开关频率,但这样对电流波形都会产生影响。

    二、电流滞环跟踪控制原理

    2.1电流滞环控制原理

    常用的一种电流闭环控制方法是电流滞环跟踪PWM(Current Hysteresis Band PWM ——CHBPWM)控制,具有电流滞环跟踪PWM 控制的PWM 变压变频器的A相控制原理如1图所示。

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    2021-04-20 06:09:34
    传统的PWM技术是用正弦波来调制等腰三角波,称为正脉冲宽度调制,随着控制技术的发展,产生了电流跟踪PWM(CHBPWM)控制技术。CHBPWM的控制方法是:在原来主回路的基础上,采用电流闭环控制,使实际电流快速跟随给定值...

    摘 要

    脉冲宽度调制(PWM),其基本思想是:控制逆变器中电力电子器件的开通或关断,输出电压为幅值相等、宽度按一定规律变化的脉冲序列,用这样的高频脉冲序列代替期望的输出电压。传统的PWM技术是用正弦波来调制等腰三角波,称为正脉冲宽度调制,随着控制技术的发展,产生了电流跟踪PWM(CHBPWM)控制技术。CHBPWM的控制方法是:在原来主回路的基础上,采用电流闭环控制,使实际电流快速跟随给定值,在稳态时,尽可能使实际电流接近正弦波。

    关键词: 电流控制; 脉宽调制; CHBPWM;

    前言

    SPWM控制技术以输入电压接近正弦波为目的,电流波形则因负载的性质及大小而异。然而对于交流电机来说,应该保证为正弦波的是电流,稳态时在绕组中通入三相平衡的正弦电流才能使合成的电磁转矩为恒定值,不产生脉动,因此以正弦波电流为控制目标更为合适。电流跟踪PWM(Current Follow PWM, CHBPWM)的控制方法是:在原来主回路的基础上,采用电流闭环控制,使实际电流快速跟随给定值,在稳态时,尽可能使实际电流接近正弦波形,这就能比电压控制的SPWM获得更好的性能。

    电流跟踪控制的精度与滞环的宽度有关,同时还受到功率开关器件允许开关频率的制约。在实际使用中,应在器件开关频率允许的前提下,尽可能选择小的宽度。电流滞环跟踪控制方法的精度高、响应快,且易于实现,但功率开关器件的开关频率不定。为了克服这个缺点,可以采用具有恒定开关频率到的电流控制器,或者局部范围内限制开关频率,但这样对电流波形都会产生影响。

    原理

    电流滞环跟踪控制原理

    现在以A相电流滞环跟踪控制为例,其控制结构图如下图 2-1 所示:

    图1-1 电流跟踪控制A相原理图

    其中电流控制器是带滞环的比较器,环宽为h,将给定电流ia与输出电流i*a进行比较,电流偏差△ia 超过±0.5h 时,经滞环控制器(HBC)控制逆变器 A 相上、下桥臂的功率开关器件动作。

    设比较器的滞环宽度为h,当输出电流i*a比给定电流ia大时,且误差大于0.5h时,滞环比较器输出负电平,驱动开关器件VT1关断,VT2导通,使实际电流减小。当减小到与给定电流相等时,滞环比较器仍保持负电平输出,VT1保持关断,实际电流继续减小,直到误差大于0.5h时,滞环控制器翻转,输出正电平信号,开关器件VT1导通,VT2关断,使实际电流增大,一直增大到带宽的上限。以上过程重复进行,这样交替工作,实际电流与给定电流的偏差保持在-0.5h-+0.5h 之间,并在给定电流上下作锯齿状变化,达到跟踪电流的目的。

    滞环宽度分析

    采用电流滞环跟踪控制的PWM波形,如下图 2-2所示:

    图2-2 电流滞环跟踪控制时的电流波形

    图2-6给出了在给定正弦波电流半个周期内的输出电流波形和相应的相电压波形。可以看出,在半个周期内围绕正弦波作脉动变化,不论在的上升段还是下降段,它都是指数曲线中的一小部分,其变化率与电路参数和电机的反电动势有关。

    电流滞环跟踪控制波形的几何关系如图2-3所示:

    图2-3 电流滞环跟踪控制波形的几何关系

    由上图可知逆变器的开关频率与电流波动幅值成反比,即与环宽成反比, 环宽越小,开关频率f 越高,实际电流值越接近给定电流,此时电流追踪性能越好。

    图2-4 三相电流跟踪型PWM逆变电路输出波形

    因此,输出相电压波形呈PWM状,但与两侧窄中间宽的SPWM波相反,两侧增宽而中间变窄,这说明为了使电流波形跟踪正弦波,应该调整一下电压波形。

    电流跟踪控制的精度与滞环的环宽有关,同时还受到功率开关器件允许开关频率的制约。当环宽选得较大时,可降低开关频率,但电流波形失真较多,谐波分量高;如果环宽太小,电流波形虽然较好,却使开关频率增大了。这是一对矛盾的因素,实用中,应在充分利用器件开关频率的前提下,正确地选择尽可能小的环宽。

    电流滞环跟踪控制的特点

    电流滞环跟踪控制方法的精度高,响应快,且易于实现。但受功率开关器件允许开关频率的限制,仅在电机堵转且在给定电流峰值处才发挥出最高开关频率,在其他情况下,器件的允许开关频率都未得到充分利用。为了克服这个缺点,可以采用具有恒定开关频率的电流控制器,或者在局部范围内限制开关频率,但这样对电流波形都会产生影响。

    采用滞环比较方式的电流跟踪型PWM交流电路有以下特点:

    (1)硬件电路简单;

    (2)属于实时控制方式,电流反应快;

    (3)不需要载波,输出电压波形中不含有特定频率的谐波分量;

    (4)和计算法及调制法相比,相同开关频率时输出电流中高次谐波含量较多;

    (5)属于闭环控制,这是各种跟踪型PWM交流电路的共同特点。

    电流的滞环跟踪控制的simulink的仿真

    三相电流跟踪滞环控制仿真

    仿真模型电路

    展开全文
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    1.前言

    最近学习了一下永磁同步电动机PMSM,进入了控制方面的学习,首先是对电流滞环控制进行了学习、仿真,记录一下学习心得体会,以及个人的理解。

    2.控制原理

    引用一张来自袁雷的《现代永磁同步电机控制原理及Matlab仿真》书中所绘制的滞环电流控制框图

    滞环控制结构非常简单,只需要从PMSM反馈回转速和三相电流信息即可。目的是变频,实现变速。

    首先,为了解耦方便,将d轴电流的期望设为0,再将反馈回来的转数和给定转数相比较,通过一个PI控制器(此处应该也可以使用滑模控制器等控制器),将控制器输出定位q轴电流期望值,通过一个2r坐标系到3s坐标系的变换,即可得到期望的abc三相电流值,此时,三相电流期望值幅值与q轴电流有关,周期与电机电角度有关。

    当电机转数与期望转数之间存在一定误差时,例如,当电机转数小于期望时,经过PI控制器所输出的iq*>0,再经过坐标变换输出期望三相电流iabc*,此时iabc*与反馈回来的iabc存在一个较大的误差,该误差进入一个滞环控制器,因为误差较大,滞环控制器电平保持时间将会比较长,这就会影响到逆变器的输出值,此时,逆变器输出值会变大,iabc将快速接近iabc*,当误差又变小后,滞环控制器将输出另一个电平,从而影响逆变器输出的三相交流电的频率,改变PMSM的转数,然后又会改变iabc*,周而复始,便可以完成转数控制。

    3.仿真

    搭建仿真模型,欢迎各位关注我的GitHub,程序已上传电机仿真文件

    启动仿真后可以观察相应的电流、转数现象,不再赘述。

    4.注意事项

    4.1.Relay模块切换时刻不对

    Relay滞环模块设置的切换上下限为0.1和-0.1,但是在仿真时可以发现这样的现象:

    不仅切换值与设置不一样,而且当Relay切换后,输入项还在上升/下降,与理论不符合。

    这是因为仿真步长的问题,可以关系到采样时间什么的,步长越小,则切换越准确。或者开启Relay模块中的过零检测。但是这些方法都会让仿真比较慢,对精度要求不高的话,可以不管它。

    4.2.Matlab命令行中使用git上传文件

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