PWM控制器的控制方法[1]

2001年6月

　增　刊

Jun.,2001

JournalofChongqingUniversityofPo

stsandTelecommunications　　　　　Supplement

重庆邮电学院学报

文章编号:10045694(2001)增011004

PWM控制器的控制方法

周林,蒋建文,易强,罗眉

(重庆大学,重庆400044)

Ξ

摘　要:总结了脉宽调制(PWM)技术的几种控制方法,叙述了它们的基本工作原理,并分析了它们的优缺点。介绍一种非线性控制方法,单周控制法,通过分析对比得出单周控制法能在每个周期内消除控制参考电压与开关变量平均值间的稳态和瞬态误差,具有反应快、抗电源干扰、控制电路简单等优点。关键词:脉宽调制;非线性;单周控制;中图分类号:TM464　　　文献标识码:A

TheControlMZHOULin,JGJ2,ei

(Un400044,China)

methodsofPulseWidthModulation(PWM),illustrates.Onecyclecontrol,anonlin2theirplesandpointsouttheiradvantagesanddisadvantages

earconroltechnique,http://doc.guandang.netparedwithothermethods,itsstrongpointscanbeenseen.OneCycleControlrespondsrapidly,rejectspowersourceperturbations,eliminatesthesteady2stateerroranddynamicerrorbetweenthecontrolreferenceandtheaveragevalueoftheswitchedvariableineachcycle.It’scontrolcircuitissimple.Keywords:PWM;nonlinear;onecyclecontrol

形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改

0　引　言

在工程应用中,要求电力电子变换器能对输出电流、电压、功率及频率进行有效灵活的控制。采用基频控制的逆变器输出为方波,含较多谐波,动态响应慢,效率低,只能应用于小功率设备。针对基频控制的不足,60年代提出了脉宽调制控制法,解决了当时变换器存在的问题,为近代交流调速开辟了新的发展领域[1]。PWM控制器是对逆变电路开关器件的通断进行控制,使输出一系列幅值相等而脉宽不相等的脉冲,用这些脉冲代替正弦波或所需的波

变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率。采用PWM的逆变电路可同时解决改善电压和波形的双重任务。

PWM控制基本原理依据:冲量相等而形状不

同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时其效果相同。PWM控制原理如图1所示,将波形分为6等份,可

由6个方波等效替代。脉宽调制的分类方法有多种,如单极性与双极性,同步式与异步式,矩形波调制与正弦波调制等。单极性PWM控制法指在半个周期内载波只在一个方向变换,所得PWM波形也只在一个方向变化,而双极性PWM控制法在半个周期

作者简介:周林(1961-),博士,副教授,从事电力电子技术、FACTS和电网谐波抑制方面的研究;蒋建文(1976-),硕

士,从事电力电子技术、逆变器拓扑结构方面的FACTS和电网谐波抑制方面的研究;易强(1974-),硕士,从事电力电子技术、研究;罗眉(1971-),硕士,从事电力电子技术、DSP在电力系统中的应用方面的研究。

Ξ

110

周林,蒋建文,易强,罗眉:PWM控制器的控制方法

内载波在两个方向变化,所得PWM波形也在两个方向变化。根据载波信号同调制信号是否保持同步,PWM控制又可分为同步调制和异步调制。矩形波脉宽调制的特点是输出脉宽列是等宽的,只能控制一定次数的谐波;正弦波脉宽调制的特点是输出脉宽列是不等宽的,宽度按正弦规律变化,输出波形接近正弦波。正弦波脉宽调制也叫SPWM。根据控制信号产生脉宽是该技术的关键。目前常用三角波比较法、滞环比较法和空间电压矢量法

。

使每个脉冲都与三角波的中心对齐,且两侧间隙相等,这样就大大减小了计算量。但这种方法是建立在

图3　自然采样法

,在实际,,通过计算确定各脉这种方法不依赖于三角载波和正弦调制波的比较。该方法可消除特定次数谐波,但其它

],最早由美国学者Keyue.edley和SlobodanCuk提出。其基本思想是:控制开关占空比,在每个周期内使逆变器开关变量的平均值与控制参考电压相等或成一定比例,从而消除稳态和瞬态误差。单周控制法应用于PWM控制器上显示出反应快、抗电源干扰和控制电路简单等独特的优点[3]。

该方法较多应用于电流跟踪控制,其原理如图4所示。滞环比较iref,i分别为参考电流和实际电流。

次谐波不会减少,甚至可能增大。另外三角函数方程求解较难,它也难以应用于实时控制中。

2　滞环比较法

器的环宽为2 I,其中

I为设定的最大电流偏移。i

1

　三角波比较法

三角波比较法根据三角载波与正弦调制波的交点来确定逆变器功率开关器件的开关时刻,可以由模拟电子电路、数字电子电路或专用大规模集成电路芯片等硬件实现,也可以用微型计算机通过软件生成SPWM,其原理如图2所示,uref,u分别为参考电压和实际电压。三角波比较法又可分为自然采样法、规则采样法和抑制低次谐波法。单极性自然采样法产生波形方式如图3所示。

自然采样法按照正弦波与三角波的交点进行脉冲宽度与间隙时间的采样,它需在每个周期内准确计算功率器件的导通和关断时间。该方法计算量大,若用查表法则在频率变化大时需要较大的内存空间,所以难以用于实时控制中。

规则采样法则设法

超过iref且偏移达到 I,滞环比较器将控制该相电

路上下桥臂的开通或关断。这样就迫使电流不断跟踪给定电流的波形,仅在允许偏差范围内稍有波动,如图5所示。电流偏差的允许范围可用下式表示:

i-iref ≤ I

(1)

　　此法的优点是硬件电路简单;属于实时控制方式,反应快;不用载波,输出中不含特定频率谐波分量。其不足之处是检测信号的传感器必须是具有宽频带的高性能传感器。

另外,滞环的环宽2 I较难确定。环宽过大时,开关动作频率降低,跟踪误差增大;环宽过窄时,跟

111

2001年增刊　　　　　　　　　　　　　　重庆邮电学院学报　　　　　　　　　　　　　　　　　CUPT

踪误差减小,但开关的动作频率过高,开关损耗增大,甚至会超过可关断器件的允许工作频率范围,导致电路无法正常工作

。

不需要误差综合,它能在一个周期内自动消除稳态、瞬态误差,前一周期的误差不会带到下一周期。此外,单周控制还能优化系统响应、减小畸变和抑制电源干扰,其控制原理如图6所示。图6中,K可以是任何物理开关,也可是其它可转化为开关变量形式的抽象信号。由图6可见,单周控制器由控制器、比较器、积分器及时钟组成,其中控制器可以是RS触

图5　电流滞环跟踪

3　空间电压矢量法

空间电压矢量法(SVPWM)也叫磁通正弦

[3]

PWM法。它以三相对称正弦波电压供电时交流

电动机的理想磁通圆为基准,用逆变器不同的开关,比较结果决定逆变器的开关,体,(正弦磁通)。

空间电压矢量法定义合成电压矢量为:

V=Ua+Ub a+Uc a

2

fs=1 Ts的频率下按开关(t)工作。每个周期开关开通时间为Ton,关断时间为Toff,其中Ton+Toff=Ts,如图7所示。频率为

50Hz正弦波的输入信号x(t)经开关形成开关变量

y(t),开关变量y(t)的频率和脉宽与开关函数k(t)

(2)

这里的单相同,y(t)的包络线与输入信号x(t)相同。周控制法工作在频率恒定的情况下,通过模拟控制参考电压uref(t)调节占空比。若开关的占空比通过调制使开关变量的积分在每个周期内与控制参考电压相等或成比例,比例系数为k。开关频率恒定,开关变量的平均值将与控制参考电压相等或成比例:

y(t)=

其中,a=e

j2Π 3

。 …… 此处隐藏：3291字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……