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SPWM波控制逆變器雙閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器的建模與仿真

作者: 時(shí)間:2013-12-04 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
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本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/227672.htm

圖5 單相主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

其中,B1、B2、B3、B4分別代表四相形驅(qū)動(dòng)波形,+BUS、0分別表示圖1中的Ud/2和N,C1和C2之間的電壓即位圖1中的U1。3.2 負(fù)載電路建模

負(fù)載分為阻性載和整流載,為了更好的驗(yàn)證PID調(diào)節(jié)器的性能,在此假定整流載和阻性載同時(shí)存在,然后中間用開(kāi)關(guān)來(lái)控制所帶的負(fù)載特性。負(fù)載建模如圖6所示。

SPWM波控制逆變器雙閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器的建模與仿真

圖6 負(fù)載(阻性載和整流載可選)

當(dāng)手動(dòng)開(kāi)關(guān)位于1時(shí),負(fù)載特性為整流載。反之,當(dāng)手動(dòng)開(kāi)關(guān)位于0時(shí),負(fù)載特性為阻性載。圖6中,D1為開(kāi)關(guān)信號(hào),D2、D3為連接到輸出端的連接端口。

3.3 閉環(huán)控制電路以及輸出電路建模

閉環(huán)控制電路的模型如圖7所示。圖7中;模擬示波器1中的1端口為輸出端C1和C2未經(jīng)過(guò)電容濾波而得到的輸出電壓,2端口為輸出端C1和C2經(jīng)過(guò)電容濾波后得到的輸出電壓,3端口為輸出電壓經(jīng)過(guò)一個(gè)增益器之后所得到的對(duì)應(yīng)的輸出電壓,4端口為系統(tǒng)輸出電流,5端口為控制負(fù)載特性選擇的開(kāi)關(guān)信號(hào)。仿真波形如圖8所示。

SPWM波控制逆變器雙閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器的建模與仿真

圖7 閉環(huán)控制電路

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圖8 輸出端口電壓仿真波形根據(jù)圖4提出的控制策略,輸出電壓經(jīng)過(guò)一個(gè)均值器之后與系統(tǒng)所要求得到的信號(hào)進(jìn)行比較,比較后的差值經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)(電壓瞬時(shí)內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)),同理,可以建立電壓均值外環(huán)控制模型。

在上述模擬示波器2中,1端口為第一次PID調(diào)節(jié)器之前的差值Errorl,仿真波形如圖9所示。

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圖9 經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)器之前的差值信息波形

通過(guò)圖8,可以很明顯的看到,當(dāng)負(fù)載特性發(fā)生變化時(shí),電流波形和輸出電壓波形會(huì)發(fā)生明顯的變化。當(dāng)負(fù)載為阻性載時(shí),輸出電壓電流均為正弦信號(hào)。當(dāng)負(fù)載為整流載時(shí),輸出電壓電流信號(hào)出現(xiàn)一定的失真。

如圖9所示,在最開(kāi)始進(jìn)入調(diào)節(jié)器時(shí),輸出電壓與實(shí)際要求的電壓差值很大,但在閉環(huán)中,經(jīng)過(guò)PID的多次調(diào)節(jié)之后,可以很清楚的看到最后兩者之間的差值穩(wěn)定趨近于0.從開(kāi)始到最后趨近于0的整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程反應(yīng)了PID調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)快慢,穩(wěn)定等參數(shù),從上圖可以清楚的看出此調(diào)節(jié)器的魯棒性強(qiáng),動(dòng)態(tài)響應(yīng)快。

4 將建模思想移植到實(shí)際電路中

建模的目的主要是為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的方案是否可行,如果可行,便可以設(shè)計(jì)硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)此方案,可以花最少的代價(jià)來(lái)完成控制器的設(shè)計(jì)。

硬件平臺(tái):DSP2812+10K高頻UPS模塊

根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)修改PID的參數(shù),使輸出能夠在最快最穩(wěn)的情況下達(dá)到預(yù)定值。

通過(guò)實(shí)際的調(diào)試,瞬時(shí)環(huán)中:P=0.6,I=0.04,均值環(huán)中,P=0.3,I=0.072,D=0.001.此時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定,實(shí)際的輸出波形如圖10所示。

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圖10 實(shí)際電路中輸出電壓與電流信號(hào)

實(shí)際要求輸出電壓為220V,負(fù)載采用的是整流載。上圖是阻性載往整流載切換時(shí)的輸出電壓與輸出電流波形圖。

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