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SPWM變頻電源雙閉環(huán)控制的設(shè)計和研究

作者: 時間:2012-02-14 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
 其中,Kif為電流環(huán)反饋系數(shù),根據(jù)輸出電壓和功率確定這兒取為0.01。圖4為不同的Kip值下電流內(nèi)環(huán)的幅相曲線,能夠看出增大前向通道的調(diào)節(jié)器增益Kip可以擴(kuò)大帶寬范圍,但會導(dǎo)致系統(tǒng)的抗噪聲干擾能力下降,使得電流內(nèi)環(huán)的增益值變大,同時也會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性,不利于電壓環(huán)設(shè)計,所以調(diào)節(jié)器增益也應(yīng)適當(dāng)選取,滿足所需的帶寬要求即可,可選擇Kip=6。

圖4 不同的Kip值下電流閉環(huán)幅相曲線

  圖3(b)給出了Kip=6時,不同負(fù)載的電流閉環(huán)幅相曲線,從仿真曲線可以看出電流內(nèi)環(huán)具有帶通濾波器的特性,且除空載具有更寬的帶寬外帶寬基本不受負(fù)載變化的影響。

4.2 電壓環(huán)的設(shè)計

  由圖2,可得未加電壓調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)的等效開環(huán)傳遞函數(shù):

  其不同負(fù)載下系統(tǒng)的幅相曲線如圖5(a)所示,可以看出,系統(tǒng)低頻增益很小,輸出穩(wěn)態(tài)誤差很大,高頻衰減不快,因而需要加入適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償環(huán)節(jié)加以校正,通??刹捎肞I控制器作為電壓調(diào)節(jié)器。電壓環(huán)設(shè)計希望校正后系統(tǒng)低頻增益盡可能高,以盡量減小輸出正弦電壓的穩(wěn)態(tài)誤差;同時也希望盡可能消除高頻分量的影響,其高頻衰減盡可能快,且系統(tǒng)還需具備適當(dāng)?shù)南嘟窃6?,截止頻率ωc足夠大,可以保證較快的動態(tài)響應(yīng)[4]。

  加了PI控制器的系統(tǒng)等效開環(huán)傳遞函數(shù)為:
  (4)

  其中,Kvf為電壓環(huán)反饋系數(shù),由輸出電壓與給定電壓之間的對應(yīng)關(guān)系求得,這兒取0.036。圖6(a)是積分參數(shù)固定時,比例參數(shù)變化時相應(yīng)的幅相曲線;圖6(b)為比例參數(shù)固定時,積分參數(shù)變化時相應(yīng)的幅相曲線。從6(a)中可以看出在積分參數(shù)一定的情況下,改變比例參數(shù),相頻曲線保持恒定,而幅頻曲線則隨著Kp的變化而變化,當(dāng)Kp增加時,低頻增益變大(穩(wěn)態(tài)誤差變?。?,截止頻率增加即響應(yīng)速度變快。截止頻率ωc要合理選擇:因為ωc太小,系統(tǒng)響應(yīng)速度太慢;ωc太大,則系統(tǒng)穩(wěn)定性就差,一般需滿足下式:
  (5)

  式中,fc為開關(guān)頻率。根據(jù)輸出頻率的變化范圍最大頻率輸出是1K,開關(guān)頻率是25K,根據(jù)式(5)可選定曲線2為最優(yōu)曲線。
 
  從圖6(b)可以看出積分常數(shù)Ti改變時,對截止頻率和低頻增益影響很小,而對相頻特性影響則很大,從而影響穩(wěn)定裕度。工程上要求穩(wěn)定裕度取在45o左右,過低于此值,系統(tǒng)的動態(tài)性能較差,且對參數(shù)變化的適應(yīng)能力較弱;過高于此值,意味著對整個系統(tǒng)及組成部件要求較高,因此造成實現(xiàn)上的困難,所以選擇曲線2為最優(yōu)曲線,即Ti=40us。綜合上述分析,可以選定合適的比例常數(shù)、積分常數(shù)。

 


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