PWM跟踪控制技术

PWM跟踪控制技术 S092233  谢俊虎 摘要：本文介绍了两种常用的PWM跟踪控制技术，分析了两种跟踪控制技术的的基本原理，并用MATLAB对其进行了仿真。仿真结果和理论分析结果相符，得到了控制目的。 关键词：脉宽调制（PWM），跟踪控制技术，MATLAB仿真 1 引言 PWM跟踪控制技术——是一种生成PWM波形的方法。把希望输出的波形作为指令信号，把实际波形作为反馈信号，通过两者的瞬时值比较来决定逆变电路各开关器件的通断，使实际的输出跟踪指令信号变化常用的有滞环比较方式和三角波比较方式。 2 滞环比较方式 2.1 电流跟踪控制技术 电流跟踪控制技术是应用最多的一种方法。其基本原理为：把指令电流i*和实际输出电流i的偏差i*-i作为滞环比较器的输入通过比较器的输出控制器件V1和V2的通断。V1（或VD1）通时，i增大。V2（或VD2）通时，i减小。通过环宽为2△I的滞环比较器的控制，i就在i*+△I和i*-△I的范围内，呈锯齿状地跟踪指令电流i*。 2.1.1的影响 （1）滞环环宽对跟踪性能的影响：环宽过宽时，开关频率低，跟踪误差大；环宽过窄时，跟踪误差小，但开关频率过高，开关损耗增大。 （2）电抗器L的作用：L大时，i的变化率小，跟踪慢；L小时，i的变化率大，开关频率过高。 图2-1-1 滞环比较方式电流跟踪控制举例              图2-1-2  滞环比较方式的指令电流和输出电流 图2-1-3  三相电流跟踪型PWM逆变电路              图2-1-4  三相电流跟踪型PWM逆变电路输出波形 2.1.2采用滞环比较方式的电流跟踪型PWM变流电路的特点 （1）硬件电路简单。 （2）实时控制，电流响应快。 （3）不用载波，输出电压波形中不含特定频率的谐波。 （4）和计算法及调制法相比，相同开关频率时输出电流中高次谐波含量多。 （5）闭环控制，是各种跟踪型PWM变流电路的共同特点。 2.2 电压跟踪控制技术 把指令电压u*和输出电压u进行比较，滤除偏差信号中的谐波，滤波器的输出送入滞环比较器，由比较器输出控制开关器件的通断，从而实现电压跟踪控制。 图2-2-1 电压跟踪控制电路举例 2.2.1采用滞环比较方式的电压跟踪型PWM变流电路的特点 （1）和电流跟踪控制电路相比，只是把指令和反馈信号从电流变为电压。 （2）输出电压PWM波形中含大量高次谐波，必须用适当的滤波器滤除。 （3）u*=0时，输出电压u为频率较高的矩形波，相当于一个自励振荡电路。 （4）u*为直流信号时，u产生直流偏移，变为正负脉冲宽度不等，正宽负窄或正窄负宽的矩形波。 （5）u*为交流信号时，只要其频率远低于上述自励振荡频率，从u中滤除由器件通断产生的高次谐波后，所得的波形就几乎和u* 相同，从而实现电压跟踪控制. 3 三角波比较方式 3.1基本原理 不是把指令信号和三角波直接进行比较，而是通过闭环来进行控制。把指令电流i*U、i*V和i*W和实际输出电流iU、iV、iW进行比较，求出偏差，通过放大器A放大后，再去和三角波进行比较，产生PWM波形放大器A通常具有比例积分特性或比例特性，其系数直接影响电流跟踪特性，如图3-1-1所示。 图3-1-1 三角波比较方式电流跟踪型逆变电路 3.2特点 （1）开关频率固定，等于载波频率，高频滤波器方便。 （2）为改善输出电压波形，三角波载波常用三相三角波载波。 （3）和滞环比较控制方式相比，这种控制方式输出电流所含的谐波少。 4 定时比较方式 （1）不用滞环比较器，而是设置一个固定的时钟。 （2）以固定采样周期对指令信号和被控制变量进行采样，根据偏差的极性来控制开关器件通断。 （3）在时钟信号到来的时刻，如i < i*，V1通，V2断，使i增大。                                                如i > i*，V1断，V2通，使i减小。 （4）每个采样时刻的控制作用都使实际电流与指令电流的误差减小。 （5）采用定时比较方式时，器件的最高开关频率为时钟频率的1/2。 （6）和滞环比较方式相比，电流控制误差没有一定的环宽，控制的精度低一些。 5 MATLAB仿真与分析 （1）单相时：DC V1=DC V2=100V L=1mH，R=10 ohms。滞环宽度h=2*0.05。 仿真波形： （2）三相时：DC =100V  L=1mH，R=10 ohms。滞环宽度h=2*0.05。 Control System： 仿真波形：