跟蹤控制技術(shù)概述

電力電子技術(shù)跟蹤控制技術(shù)概述主講人：王繪宇國家級供用電技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫一跟蹤控制技術(shù)概述PWM波形生成的三種方法計算法調(diào)制法跟蹤控制技術(shù)跟蹤控制技術(shù)：把希望輸出的波形作為指令信號，把實際波形作為反饋信號，通過兩者的瞬時值比較來決定逆變電路各開關(guān)器件的通斷，使實際的輸出跟蹤指令信號變化。注意：跟蹤控制技術(shù)不是用信號波對載波進行調(diào)制，而是引入反饋控制的概念。一跟蹤控制技術(shù)概述跟蹤控制法中常用的控制方式電流跟蹤控制方式電壓跟蹤控制方式磁鏈跟蹤控制方式閉環(huán)控制一跟蹤控制技術(shù)概述跟蹤控制方式的應(yīng)用實用電源系統(tǒng)中，有的為了適應(yīng)輸入電壓和負載電流變化條件下維持輸出電壓恒定，希望輸入電流是可控的(例如CVCF電源)；而對于像以交流電動機為負載的VVVF電源，為了適應(yīng)各種不同的力矩需要，則希望輸出電流是可控的。為滿足某個量的可控或恒定，就應(yīng)引入該量的反饋，這便形成了電流反饋控制。電流滯環(huán)跟蹤控制是電流反饋控制的一種。由于客觀的需要以及電流型控制自身優(yōu)點，使這種控制方式得到重視和應(yīng)用。電流跟蹤控制方式二電流滯環(huán)跟蹤控制以電流滯環(huán)跟蹤控制的單相半橋逆變電路為例假設(shè)負載為純阻性，但考慮輸出濾波器之后可等效為感性負載，基波阻抗角為?1；控制電路參數(shù)選擇使主電路功率器件的開關(guān)周期Tc遠小于逆變輸出周期T，只考慮輸出電壓的基波分量uo1式中，ω=2πf=2π/T，Uo1m<Ud/2，輸出濾波電感量L足夠大，電感電流iL線性變化。uo1=Uo1msin(ωt-?1）圖

電流滯環(huán)跟蹤控制逆變電路滯環(huán)跟蹤方式的原理圖中顯示的是采用滯環(huán)比較方式的PWM電流跟蹤控制單相半橋式逆變電路圖

電流滯環(huán)跟蹤控制逆變電路圖中iR是給定正弦電流，iR=IRmsinωt，式中電流幅值IRm和角頻率ω均連續(xù)可調(diào)；if是反饋電流，if=iL／KCT，式中KCT為電流互感器CT的變比。二者進行比較后的偏差ie作為帶有滯環(huán)特性的比較器的輸入。滯環(huán)比較器具有的滯環(huán)環(huán)寬為Δuh，Δuh=uh2-uh1，uh2和uh1分別表示滯環(huán)比較器的上門限電壓和下門限電壓(見圖(b))。滯環(huán)的環(huán)寬Δuh由滯環(huán)比較器的電路參數(shù)決定，但uh1和uh2的大小跟隨電流給定值變化，當(dāng)給定電流按正弦變化時，uhl和uh2也按正弦變化，它們分別對應(yīng)于中給定電流iR的上、下門限電流iR1和iR2。二電流滯環(huán)跟蹤控制滯環(huán)跟蹤方式的原理圖中顯示的是采用滯環(huán)比較方式的PWM電流跟蹤控制單相半橋式逆變電路圖

電流滯環(huán)跟蹤控制逆變電路逆變電路原理圖可見，當(dāng)逆變橋上、下臂開關(guān)器件交替導(dǎo)通時，逆變主電路可等效為圖（c）。圖（c）中開關(guān)S以fc的頻率在a和b間來回切換，當(dāng)S打向a位時：diL/dt>0，iL

線性上升，其上升速率隨時間變化；當(dāng)S打向b位時：diL/dt<0，iL

線性下降，其速率也隨時間變化。控制電路的任務(wù)是控制電路中上、下臂開關(guān)器件在電流上升到iR2

或下降到iR1

時進行切換，使其交替導(dǎo)通，保證電感電流跟蹤正弦給定電流。在開關(guān)頻率很高的條件下，便可能得到可控的正弦輸出電流。二電流滯環(huán)跟蹤控制滯環(huán)跟蹤方式的原理圖

電流滯環(huán)跟蹤控制逆變電路電路的工作過程如下，設(shè)電路初態(tài)為T1導(dǎo)通，相當(dāng)于圖(c)中的S位于a處，iL

線性增長，if

相應(yīng)增長。當(dāng)if=iR2(相當(dāng)于ui=uh2)時，滯環(huán)比較器輸出電壓uy

由UH轉(zhuǎn)為零，輸出控制信號ug1=0，ug2>0，使T1關(guān)斷、T2導(dǎo)通，但由于回路電感的作用，為了維持iL

連續(xù)，二極管D2

導(dǎo)通續(xù)流，T2被迫處于阻斷狀態(tài)，相當(dāng)于圖(c)中開關(guān)S由a→b切換，iL

相應(yīng)下降。當(dāng)電流降到if=iR1

時，相當(dāng)于ui=uh1

時，uy

由0轉(zhuǎn)為UH，又使ug1>0，ug2=0，T1再次導(dǎo)通、D2

截止，完成一個開關(guān)周期，iL(if)的波形如圖7.26所示。這樣，通過環(huán)寬為ΔIh(對應(yīng)圖(b)中的Δuh)的滯環(huán)比較器的控制，i就在iR1

和iR2

的范圍內(nèi)，呈鋸齒狀地跟蹤給定電流iR變化。電流滯環(huán)跟蹤控制逆變電路二電流滯環(huán)跟蹤控制滯環(huán)跟蹤方式的原理圖

電流滯環(huán)跟蹤控制逆變電路iL(if)的波形如圖(d)所示。這樣，通過環(huán)寬為ΔIh(對應(yīng)圖(b)中的Δuh)的滯環(huán)比較器的控制，i就在iR1

和iR2

的范圍內(nèi)，呈鋸齒狀地跟蹤給定電流iR變化。圖(d)電流滯環(huán)跟蹤控制的電流跟蹤過程及PWM波形二電流滯環(huán)跟蹤控制滯環(huán)跟蹤方式的原理從圖(d)中也可看出，環(huán)寬過寬時，開關(guān)動作頻率低，但跟蹤誤差增大；環(huán)寬ΔIh越小，則開關(guān)切換的越頻繁，iL

越能緊緊跟蹤給定正弦電流的變化，電流脈動越小，電流失真度越小，但帶來的是開關(guān)頻率fc越高，而fc的提高，將導(dǎo)致電路開關(guān)損耗增加，效率降低。另外，fc

的提高，還要受開關(guān)器件自身參數(shù)的限制。負載串聯(lián)電抗器L可起到限制電流變化率的作用。L過大時，i的變化率過小，對指令電流的跟蹤變慢；L過小時，i的變化率過大，電流頻繁地達到上下限電流，會加大開關(guān)的動作頻率。圖(d)電流滯環(huán)跟蹤控制的電流跟蹤過程及PWM波形二電流滯環(huán)跟蹤控制三電流滯環(huán)跟蹤控制的特點采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型PWM變流電路的特點電流滯環(huán)跟蹤控制既可以用于單相PWM逆變電路，也可用于三相PWM逆變電路，它由圖中三個相同的單相半橋電路組成，三相電流給定信號iRU、iRV

和iRW

依次相差120o

，電流反饋信號分別引自對應(yīng)的三相。圖

單相PWM電流滯環(huán)跟蹤控制逆變電路三相PWM逆變電路工作過程與單相電路相同。但其線電壓的正半周和負半周內(nèi)，都有極性相反的脈沖輸出，這將使輸出電壓中的諧波分量增大，也使負載的諧波損耗增加。采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型PWM變流電路的特點①硬件電路簡單，屬于閉環(huán)控制。②系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性。③具有快速的瞬態(tài)響應(yīng)。④電流型半橋電路容易產(chǎn)生失控。電流脈寬不等固然可以維持電感端壓的伏秒值平衡，但卻會導(dǎo)致電容電荷的安秒值不平衡，導(dǎo)致直流側(cè)分壓電容端壓不等、電源中點漂移，惡性循環(huán)的結(jié)果將使電路失控。