电力电子7_控制策略

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1、Power Electronics Technology 电力电子技术South China University of Technology第四部分 电力电子控制策略6South China University of Technology本节主要参考书目Jai P.Agrawal，Power Electronics Systems，清华大学出版社，2001.08University of Colorado at Boulder，Fundamentals of Power Electronics，2001.05李爱文，现代逆变技术及其应用，科学出版社，2000.094.1 概述散热封装生产环

2、境影响控制策略无源器件功率开关器件变换电路电力 电子技术电子学电力学控制 理论电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 控制策略在电力电子中的地位4. 2 反馈控制电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 一般意义的控制系统控制器被控对象控制量被控量给定值r(t)u(t)y(t)测量元件偏差e(t) 电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 电力电子电路的控制系统模型电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 BUCK电路的控制模型电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 BUCK电路的控制模型电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 BUCK电路的控制模型动态性能指标 ：1、上升时间tr2、调整时间ts3

3、、超调量% 快速性平稳性电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 时域性能指标静态性能指标 （稳态性能指标）：稳态误差电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 系统稳定的条件、频域特性要求：当系统受到有界的扰动时，其输出也是有界的。系统稳定的必要条件：特征方程特征方程的各项系数不为零；特征方程的各项系数符号都相同.开环伯特图vL() =0时，()不到180，则稳定；反之不稳定。穿越频率幅值裕度相位裕度电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 控制系统设计要求1要控制稳态误差的量，就是要保证系统的控 制精度和稳态精度；2要保证系统的动态响应速度，就是控制超调 量和调节时间等；3要保证系统的稳定性，合理

4、设计穿越频率、 频带和稳定裕量等。电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 系统频率特性的分段设计注意三个方面：1低频段高增益，K足够大， L（）足够高，斜率要大；提高系统的稳态性能2中频段20dB/dec为宜，相位裕度大；c要大， 系统动态响应速度快，但要小于开关频率； 中频段要足够宽，相位裕度大。3高频段主要考虑提高系统的抗干扰能力，尽量随着增大 而迅速减小。电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 主要环节设计控制器时间比例控制器及 脉冲形成环节反馈环节电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 校正环节如果逆变系统各个环节组合起来的传递函数的伯特图不能满 足要求也可以在系统中施加适当的校正环节

5、，如串联校正、 反馈校正、前置（馈）校正和干扰补偿（顺馈校正）等。串联校正和反馈 校正都可以不同 程度的改善系统 的稳态和动态性 能，又可以抑止 干扰信号，对控 制质量较高的电 力电子系统可采 用。电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 常用校正环节前馈校正和顺馈校正属于开环和闭环相结合的校正 ，这两种校正增加了系统的开环增益，又能保证系 统稳定，被广泛应用与高精度的电力电子系统。电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 无源校正电路电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 控制调节器又叫误差放大器，或者补偿网络电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 时间比例以及脉冲形成环节1PFM方式2PWM方

6、式PWM基本电路以及工作波形电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 电流型PWM电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 电流内环电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 电压外环滤波网络EA假设为比例放大器电压外环的开环传递函数电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 电流斜坡补偿m1、m2为电感 电流上升/下降 率的等效值。电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 电流斜坡补偿m1为开关管导通期间电感电流 上升率的等效值。m2为开关管关断期间电感电流 下降率的等效值。当负载或者输入电压变化时，都会造成电流的变化，当产生 扰动时，系统能否稳定取决于其对扰动的响应是否收敛。当D小于0.5时，如果有一扰

7、动i,经过一个周期后，电感电流 的变化量il i,所以系统发散，不稳定。电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 电流斜坡补偿D小于0.5D大于0.5解决办法： 对电感电流 的上升斜率 进行补偿， 也就是加大 等效的m1， 实际上也就 是人为的减 小占空比， 使其等效为 小于0.5的稳 定情况。电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 电流斜坡补偿电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 实用的补偿方法补偿Vs补偿Vc电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 电流型PWM控制的特点（相对电压型）123逐个脉冲控制，动态响应 速度快，调节性好；易于实现限流和过流保护；输出电压与源无关，源效应好；4系统为

8、一阶，稳定性好；5多套系统并联，均流效果好；6允许输入电压纹波可以比较大 ，可减小输入滤波电容。7电流脉冲峰值检测和控 制，能够抑止变压器的 偏磁，推挽和全桥电路 不需要加偏磁耦合电容8不适合半桥电路。4. 3 状态空间平均和线性化电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 问题的提出非线性开关电路时变经典控制理论线性连续线性化建模状态空间平均法1976 年，R.D.Middlebrook 和Slobodan Cuk 在前人的基础上提出 了状态空间平均法，较好的解决了开关变换器的稳态和动态低 频小信号的分析问题，这钟方法在基本假设扰动信号频率 比开关频率低很多的前提下，列出开关变换器的分段线性状态

9、 方程，然后经过平均处理，在小信号线性化的假设条件下，用 线性状态方程来描述电路。这可以应用经典控制理论中的根轨迹和Bode 图，拉氏变换或Z 变 换等分析线性系统的基本方法，在频域内分析设计系统。电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 状态空间平均法电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 状态空间平均法状态向量输入向量输出向量（以BOOST电路为例）电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 状态1（Q导通期间）电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 状态2（Q截止期间）电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 等效平均矩阵电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 直流状态方程电力电子技术第四部分

10、电力电子控制策略 稳态等效电路电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 小结断续系统连续系统矩阵A、B、C为 占空比的函数非线性不能进行拉氏变 不能画伯特图状态空间平均线性化电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 线性化在直流工作点附近，任何非线性系统都可以近似 为线性系统，所以，可以将有关变量的交流分量 从直流分量里边分离出去！假设交流的幅值都足够小，任何二次以及二次 以上的交流变量项都可以忽略。电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 等效电路电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 线性化一个周期的 平均电压电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 线性化电力电子技术第四部分 电力电子控制策略

11、线性化电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 线性化电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 线性化电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 等效电路4. 4 新型控制策略电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 传统方法的限制状态空间平 均法和动态 低频小信号 模型是精确 性和实用性 的良好折中 ，因此，基 于以上控制 方法的研究 获得极大的 发展。由于系统的 强非线性， 这种简单模 型的适用范 围又受到很 大的限制。 仅仅通过传 统的控制方 法很难进一 步提高系统 的性能。发展更精确的非线性模 型及其它高性能控制器 ，其中包含双线性理论 、滑模变结构控制、自 适应控制、鲁棒控制、 模糊控制、神经

12、控制等系统中实时性要求很 高，而一些先进的控 制技术大多需要计算 机来实现，其速度远 远达不到要求。电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 模糊控制模糊控制用语言描述和规则的形式来直接表达 操作人员、设计者和研究员的知觉和经验，在 不需要建立模型的情况下直接控制系统，而在 传统的开关变换器的控制中，模型的建立是一 个传统的难点，因此，模糊控制应用在开关变 换器的控制系统中，将有明显的优势。模糊控制器的结构框图电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 模糊控制算法模糊控制器是以模糊控制算法为核心的，模糊控制算法是 根据实际生产过程和操作人员的经验，建立模糊控制规则 表，按照模糊合成推理规则求出各相应的控制决策，再按 取最大隶属度的原则，得到相应的控制量，经反复调试、 修改，最后得到模糊控制表。电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 模糊控制的硬件实现电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 输入变换电路电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 输入模糊化电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 模糊决策和模糊控制规则的实现电力电子技术第四部分 电力电子控制策略 控制量输出的逆模糊化END!