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1、,Power Electronics Technology,电力电子技术,South China University of Technology,第四部分 电力电子控制策略,6,South China University of Technology,本节主要参考书目,Jai P.Agrawal，Power Electronics Systems，清华大学出版社，2001.08,University of Colorado at Boulder，Fundamentals of Power Electronics，2001.05,李爱文，现代逆变技术及其应用，科学出版社，2000.09,4.1
2、 概述,控制策略在电力电子中的地位,4.2 反馈控制,一般意义的控制系统,电力电子电路的控制系统模型,BUCK电路的控制模型,BUCK电路的控制模型,BUCK电路的控制模型,动态性能指标：,1、上升时间tr2、调整时间ts3、超调量%,快速性,平稳性,时域性能指标,静态性能指标（稳态性能指标）：,稳态误差,系统稳定的条件、频域特性,要求：当系统受到有界的扰动 时，其输出也是有界的。,系统稳定的必要条件：,开环伯特图,L()=0时，()不到180，则稳定；反之不稳定。,穿越频率,幅值裕度,相位裕度,控制系统设计要求,1,要控制稳态误差的量，就是要保证系统的控制精度和稳态精度；,2,要保证系统的动
3、态响应速度，就是控制超调量和调节时间等；,3,要保证系统的稳定性，合理设计穿越频率、频带和稳定裕量等。,系统频率特性的分段设计,注意三个方面：,低频段高增益，K足够大，L（）足够高，斜率要大；,提高系统的稳态性能,中频段20dB/dec为宜，相位裕度大；c要大，系统动态响应速度快，但要小于开关频率；中频段要足够宽，相位裕度大。,高频段主要考虑提高系统的抗干扰能力，尽量随着增大而迅速减小。,主要环节设计,控制器,时间比例控制器及脉冲形成环节,反馈环节,校正环节,如果逆变系统各个环节组合起来的传递函数的伯特图不能满足要求也可以在系统中施加适当的校正环节，如串联校正、反馈校正、前置（馈）校正和干扰补
4、偿（顺馈校正）等。,串联校正和反馈校正都可以不同程度的改善系统的稳态和动态性能，又可以抑止干扰信号，对控制质量较高的电力电子系统可采用。,常用校正环节,前馈校正和顺馈校正属于开环和闭环相结合的校正，这两种校正增加了系统的开环增益，又能保证系统稳定，被广泛应用与高精度的电力电子系统。,无源校正电路,控制调节器,又叫误差放大器，或者补偿网络,时间比例以及脉冲形成环节,1,PFM方式,2,PWM方式,PWM基本电路以及工作波形,电流型PWM,电流内环,电压外环,滤波网络,EA假设为比例放大器,电压外环的开环传递函数,电流斜坡补偿,m1、m2为电感电流上升/下降率的等效值。,电流斜坡补偿,m1为开关管
5、导通期间电感电流上升率的等效值。,m2为开关管关断期间电感电流下降率的等效值。,当负载或者输入电压变化时，都会造成电流的变化，当产生扰动时，系统能否稳定取决于其对扰动的响应是否收敛。,当D小于0.5时，如果有一扰动i,经过一个周期后，电感电流的变化量il i,所以系统收敛，稳定。,当D大于0.5时，如果有一扰动i,经过一个周期后，电感电流的变化量il i,所以系统发散，不稳定。,电流斜坡补偿,D小于0.5,D大于0.5,解决办法：对电感电流的上升斜率进行补偿，也就是加大等效的m1，实际上也就是人为的减小占空比，使其等效为小于0.5的稳定情况。,电流斜坡补偿,实用的补偿方法,补偿Vs,补偿Vc,
6、电流型PWM控制的特点,（相对电压型）,1,2,3,逐个脉冲控制，动态响应速度快，调节性好；,易于实现限流和过流保护；,输出电压与源无关，源效应好；,4,系统为一阶，稳定性好；,5,多套系统并联，均流效果好；,6,允许输入电压纹波可以比较大，可减小输入滤波电容。,7,电流脉冲峰值检测和控制，能够抑止变压器的偏磁，推挽和全桥电路不需要加偏磁耦合电容,8,不适合半桥电路。,4.3 状态空间平均和线性化,问题的提出,线性化,建模,状态空间平均法,？,1976 年，R.D.Middlebrook 和Slobodan Cuk 在前人的基础上提出了状态空间平均法，较好的解决了开关变换器的稳态和动态低频小信
7、号的分析问题，这钟方法在基本假设扰动信号频率比开关频率低很多的前提下，列出开关变换器的分段线性状态方程，然后经过平均处理，在小信号线性化的假设条件下，用线性状态方程来描述电路。,这可以应用经典控制理论中的根轨迹和Bode 图，拉氏变换或Z 变换等分析线性系统的基本方法，在频域内分析设计系统。,状态空间平均法,状态空间平均法,状态向量,输入向量,输出向量,（以BOOST电路为例）,状态1（Q导通期间）,状态2（Q截止期间）,等效平均矩阵,直流状态方程,稳态等效电路,小结,断续系统,连续系统,矩阵A、B、C为占空比的函数,非线性,不能进行拉氏变不能画伯特图,状态空间平均,线性化,线性化,在直流工作
8、点附近，任何非线性系统都可以近似为线性系统，所以，可以将有关变量的交流分量从直流分量里边分离出去！,假设交流的幅值都足够小，任何二次以及二次以上的交流变量项都可以忽略。,等效电路,线性化,一个周期的平均电压,线性化,线性化,线性化,线性化,等效电路,4.4 新型控制策略,传统方法的限制,？,模糊控制,模糊控制用语言描述和规则的形式来直接表达操作人员、设计者和研究员的知觉和经验，在不需要建立模型的情况下直接控制系统，而在传统的开关变换器的控制中，模型的建立是一个传统的难点，因此，模糊控制应用在开关变换器的控制系统中，将有明显的优势。,模糊控制器的结构框图,模糊控制算法,模糊控制器是以模糊控制算法为核心的，模糊控制算法是根据实际生产过程和操作人员的经验，建立模糊控制规则表，按照模糊合成推理规则求出各相应的控制决策，再按取最大隶属度的原则，得到相应的控制量，经反复调试、修改，最后得到模糊控制表。,模糊控制的硬件实现,输入变换电路,输入模糊化,模糊决策和模糊控制规则的实现,控制量输出的逆模糊化,END!,
