PWM跟蹤控制技術講義教材

2.5PWM跟蹤控制技術PWM波形生成的另一種方法——跟蹤控制方法。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器件的通斷，使實際的輸出跟蹤指令信號變化。常用的有滯環(huán)比較方式和三角波比較方式。恒頻拋物線法是一種新興的具有恒頻優(yōu)勢的比較方式，具有滯環(huán)的優(yōu)點且開關頻率基本恒定。2.5PWM跟蹤控制技術

2.5.1滯環(huán)比較方式

2.5.2三角形比較方式2.5.3

拋物線法

2.5.1滯環(huán)比較方式1)跟蹤型PWM變流電路中，電流跟蹤控制應用最多。tOiii*+

hi*-

hi*圖2-22滯環(huán)比較方式的指令電流和輸出電流圖2-21滯環(huán)比較方式電流跟蹤控制舉例基本原理把指令電流i*和實際輸出電流i的偏差i*-i作為滯環(huán)比較器的輸入。V1（或VD1）通時，i增大V2（或VD2）通時，i減小通過環(huán)寬為2h的滯環(huán)比較器的控制，i就在i*+h和i*-h的范圍內(nèi)，呈鋸齒狀地跟蹤指令電流i*。參數(shù)的影響環(huán)寬過寬時，開關頻率低，跟蹤誤差大；環(huán)寬過窄時，跟蹤誤差小，但開關頻率過高，開關損耗增大。L大時，i的變化率小，跟蹤慢；L小時，i的變化率大，開關頻率過高。滯環(huán)環(huán)寬電抗器L的作用2.5.1滯環(huán)比較方式2)三相的情況圖三相電流跟蹤型PWM逆變電路輸出波形圖三相電流跟蹤型PWM逆變電路2.5.1滯環(huán)比較方式3)采用滯環(huán)比較方式的電流跟蹤型PWM變流電路有如下特點。（1）硬件電路簡單。（2）實時控制，電流響應快。（3）不用載波，輸出電壓波形中不含特定頻率的諧波。（4）和計算法及調制法相比，相同開關頻率時輸出電流中高次諧波含量多。（5）閉環(huán)控制，是各種跟蹤型PWM變流電路的共同特點。2.5.1滯環(huán)比較方式4)采用滯環(huán)比較方式實現(xiàn)電壓跟蹤控制把指令電壓u*和輸出電壓u進行比較，濾除偏差信號中的諧波，濾波器的輸出送入滯環(huán)比較器，由比較器輸出控制開關器件的通斷，從而實現(xiàn)電壓跟蹤控制。圖電壓跟蹤控制電路舉例2.5.1滯環(huán)比較方式和電流跟蹤控制電路相比，只是把指令和反饋信號從電流變?yōu)殡妷?。輸出電壓PWM波形中含大量高次諧波，必須用適當?shù)臑V波器濾除。u*=0時，輸出電壓u為頻率較高的矩形波，相當于一個自勵振蕩電路。u*為直流信號時，u產(chǎn)生直流偏移，變?yōu)檎撁}沖寬度不等，正寬負窄或正窄負寬的矩形波。u*為交流信號時，只要其頻率遠低于上述自勵振蕩頻率，從u中濾除由器件通斷產(chǎn)生的高次諧波后，所得的波形就幾乎和u*

相同，從而實現(xiàn)電壓跟蹤控制。2.5.2三角波比較方式負載+-iai*a+-ibi*b+-ici*cUdC+-C+-C+-三相三角波發(fā)生電路AAA(1)基本原理不是把指令信號和三角波直接進行比較，而是通過閉環(huán)來進行控制。把指令電流i*a、i*b和i*c和實際輸出電流ia、ib、ic進行比較，求出偏差，通過放大器A放大后，再去和三角波進行比較，產(chǎn)生PWM波形。放大器A通常具有比例積分特性或比例特性，其系數(shù)直接影響電流跟蹤特性。圖2-24三角波比較方式電流跟蹤型逆變電路(2)特點開關頻率固定，等于載波頻率，高頻濾波器設計方便。為改善輸出電壓波形，三角波載波常用三相三角波載波。和滯環(huán)比較控制方式相比，這種控制方式輸出電流所含的諧波少。2.5.2三角波比較方式2.5.2三角波比較方式不用滯環(huán)比較器，而是設置一個固定的時鐘。以固定采樣周期對指令信號和被控制變量進行采樣，根據(jù)偏差的極性來控制開關器件通斷。在時鐘信號到來的時刻，如i

<i*，V1通，V2斷，使i增大。如i

>i*，V1斷，V2通，使i減小。每個采樣時刻的控制作用都使實際電流與指令電流的誤差減小。采用定時比較方式時，器件的最高開關頻率為時鐘頻率的1/2。和滯環(huán)比較方式相比，電流控制誤差沒有一定的環(huán)寬，控制的精度低一些。(3)除上述兩種比較方式外，還有定時比較方式。Fig.單相電流跟蹤電路的MATLAB仿真Fig.MATLAB仿真波形

圖2-24三角波比較方式電流跟蹤型逆變電路返回

一種優(yōu)良的電流控制方法應該具備三個主要特點：1）動態(tài)響應快；2）控制精度高；3）開關頻率基本恒定。滯環(huán)控制法具有優(yōu)秀的動態(tài)性能和控制精度，但其開關頻率在動態(tài)過程中控制有限。而三角波比較法雖然解決了開關頻率的問題，但其電流波形卻不盡如人意。拋物線法解決了上述問題，其原理如圖2-14所示。圖中，代表參考電流與實際電流比較所得的差值，即控制電流誤差，代表正差值，代表負差值。拋物線法的基本思想就是利用該誤差的正負峰值（），將限制在一對拋物線函數(shù)曲線（）之間。即通過比較器，將電流誤差與這一對拋物線函數(shù)曲線比較，在其相交時刻控制開關Sp，Sn導通關斷的轉換，這樣可以控制實際電流跟蹤參考電流，使正負峰值對稱，并能保證開關頻率不變。在圖中，當開關Sp導通（Sn截止）時，實際電流增大，電流誤差（實際電流-參考電流）隨之上升，正向拋物線函數(shù)從0開始增加；當與曲線相交在時，開關狀態(tài)轉換，即Sn導通（Sp截止），實際電流開始下降，電流誤差隨之下降，負向拋物線函數(shù)從零開始下降；當與曲線相交在時，開關狀態(tài)再次轉換，即Sp重新導通（Sn重新截止），一個開關周期結