SPWM變頻電源雙閉環(huán)控制的設(shè)計和研究
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由于SPWM變頻電源中存在著開關(guān)器件，因此是一個非線性系統(tǒng)，但因為一般情況下，SPWM變頻電源的開關(guān)頻率遠(yuǎn)高于調(diào)制頻率，故可以利用傳遞函數(shù)和線性化技術(shù)，建立起SPWM變頻電源的線性化模型[1]，如圖2所示。圖中，脈寬調(diào)制環(huán)節(jié)由脈寬信號產(chǎn)生環(huán)節(jié)和功率電路環(huán)節(jié)組成，一般可以等效為一個線性比例環(huán)節(jié)，用K表示，其輸入為正弦控制電壓，輸出是等效的正弦調(diào)制電壓。輸出濾波環(huán)節(jié)由濾波電感Lf和電容Cf組成，為分析方便，取負(fù)載為阻性負(fù)載。電流環(huán)的反饋取自輸出濾波電感的電流，為此濾波環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)可改寫為兩個環(huán)節(jié)的串聯(lián),以UAB(S)為輸入, Ilf(S)為輸出及以Ilf(S)為輸入，Uo(S)為輸出，求出相應(yīng)的傳遞函數(shù)如圖2中傳遞函數(shù)1和傳遞函數(shù)2。
4 閉環(huán)設(shè)計
電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)是一種多環(huán)系統(tǒng)，設(shè)計多環(huán)系統(tǒng)的一般方法是：從內(nèi)環(huán)開始，逐步向外擴(kuò)大，一環(huán)一環(huán)地進(jìn)行設(shè)計。先從電流環(huán)入手，設(shè)計好電流調(diào)節(jié)器，然后把電流環(huán)看作是電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，再設(shè)計電壓環(huán)，因此首先進(jìn)行電流環(huán)的設(shè)計實現(xiàn)[2]。相應(yīng)的性能指標(biāo)為輸出功率500VA，功率管開關(guān)頻率25K，頻率變化范圍15～1000Hz，輸出電壓為220VAC。濾波器參數(shù)Lf為1.6mH，Cf為2u。
4.1電流環(huán)的設(shè)計
從圖2中，可得未加補(bǔ)償校正環(huán)節(jié)的電流環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)：
圖3(a)為校正前電流環(huán)開環(huán)在空載、感性載(φ=0.75)、滿載下的幅相曲線[3]。從圖中可以看出，開環(huán)頻率特性的相移小于90ordm;，因此理論上電流閉環(huán)對任何的開環(huán)增益都是穩(wěn)定的。電流環(huán)的設(shè)計必須保證電流閉環(huán)具有較好的穩(wěn)定性，同時具有較快的動態(tài)響應(yīng)和抗噪聲干擾能力。
加了補(bǔ)償環(huán)節(jié)后，電流閉環(huán)的傳遞函數(shù)：
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