双环反馈控制的SPWM逆变电源中电流环的设计精.docx
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双环反馈控制的SPWM逆变电源中电流环的设计精
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.
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PI2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.
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T1=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
G1=
K
PWM
U
ab
sLs+rs
s
I
o=I
c
U
C
=I
C
s
sZ
（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（200603-0198-03
U图1SPWM正弦波逆变器的功率电路原理框图
ug
i*
gIo
第卷20第3期2006年月
9空军雷达学院学报
JournalofAirForceRadarAcademyVol.20No.3Sep.2006
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.
（1T1>>1
s
T1sK1
T
（3
式中K1=KPWMK
i
=Ti+T
Ti,T<<1,T1不远远大于1时,则G
o
=
K1
1+
T
s
s
s
T1
si
s+
1
s
Kp
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
=T1条件在实际设计过程中很难完全满
足;②PI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,GC的滞后校正网络的极点（pi=0
与零点
i
i
略小于1/T1,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GC
与GO
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
T1s+
1T+KpKPWMK
s+1
（9
G
b=
KVKiKPWMK
/r
i
s
is+
1
i
s+1
s+1
（10
式中Kp为P调节器的放大倍数;K
V
V
s+1
L=
900
i
=0.001,K=0.025,
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/dB
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
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:
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四川科技出版社,2001:
113-125.
[5]KatsuhikoOgata.现代控制工程[M].北京:
电子工业出版社,2001:
387-395.
DesignofCurrentLoopinSPWMPowerInverter
WithDouble-loopFeedbackControl
CHENYuan-di,ZHUZhong-ni,LINJie
（DepartmentofElectronicCountermeasures,AFRA,Wuhan430019,China
Abstract:
Concerningthedesigningschemebeingobscureatpresent,thedesignmethodofcurrentloopwasobtainedviaestablishingthedynamicmodelofDC/ACsystemandanalyzingittheoretically.ThePIadjustorwasgivenprioritytobeingusedinthecurrentloopinthecircumstanceofthesystemparameterbeingindefinable,whichhavetheadvantagesofbettersystemstabilityandeasierparameteradjustment,andmeetthedemandofacertainbandwidthandthedynamiccharacteristics.Bysimulationitshowsthedesignschemeisavailable.
Keywords:
inverter;double-loopfeedback;currentloop
（上接第197页
DesignofHand-apparatusforDistinguishingtheCable-lines
LIUFei1,XIANGJian-tao2,YANGJiang-ping2
（1.DepartmentofGraduateManagement,AFRA,Wuhan430019,China;
2.DepartmentofEarlyWarningDetectionEquipment,AFRA,Wuhan430019,China
Abstract:
Ahand-apparatusfordistinguishingthecable-lineswasdesignedbyanalyzingitstechnicalperformanceindexandusingdigitalFMcode.Itcanidentifyautomaticallyanddiagnosethelinesinthecablewithoutthereferenceground.Thetestresultsshowthatitcanmeetthedemandofvarioustechnicalperformanceindex.
Keywords:
hand-apparatusfordistinguishingthecable-lines;digitalFMcode;frequency-voltageconversion;single-chipmicro-processor
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