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跟踪控制是PWM逆变器的重要控制方法之一,该方法在电力电子技术中得到了广泛的应用。跟踪控制技术从本质上讲只有两个可以控制的自由度<[67]>,一个可以称为幅值控制自由度,另一个可以称为时间控制自由度。所谓幅值控制就是利用幅值来判断负载信号与指令信号的关系,而时间控制是利用时间来判断负载信号与指令信号的关系,从而决定开关管的开关策略。前者最典型的应用是滞环比较方式,后者最典型的应用是定时比较方式。在对传统的三种跟踪控制方式滞环比较方式、定时比较方式和三角载波调制方式分析比较的基础之上,提出了一种基于“幅值△调制”和“时间△调制”相结合的“双重△调制”跟踪控制方法。
“双重△调制”跟踪控制方法将幅值控制自由度与时间控制自由度有机的结合起来。幅值控制自由度体现在滞环比较器阈值上,时间控制自由度体现在开关周期定时器上,通过设定滞环比较器的下阈值来决定实际输出信号的下限;由定时器的定时周期决定实际输出信号的上限。该方法只需一个单边滞环比较器,因而电路简单、动态响应快,特别是时间量化的载波定时保证了开关频率固定不变。
首先,简单的介绍了“双重△调制”跟踪控制原理<[66]>,分析了不同输入条件下的跟踪稳定性以及跟踪失步,并且给出了跟踪稳定性条件、发生跟踪失步的条件以及最大失步周期数。为了减少“双重△调制”跟踪控制的平均跟踪误差,和提高跟踪的稳定性,提出了“双重△调制”跟踪控制动态阈值补偿方法。通过本周期预估下一周期的下阈值,使得跟踪误差在每个周期的上阈值和下阈值的绝对值相等。通过阈值预估有效地减少了平均跟踪误差,避免了跟踪失步,提高了系统的跟踪稳定性。
其次,以电阻R、电感L负载和电阻R、电容C负载及电阻R、电感L、反电动势E负载三种负载为例,分析了“双重△调制”跟踪控制的负载参数与跟踪稳定性的关系以及“双重△调制”跟踪控制在动态阈值补偿情况下与跟踪失步的关系。
应用自编的Matlab M函数,对“双重△调制”跟踪控制原理、跟踪稳定性和动态阈值补偿进行了仿真研究,仿真结果与理论分析相吻合。并且进一步分析了不同负载情况下,“双重△调制”跟踪控制的负载参数与跟踪稳定性关系以及“双重△调制”跟踪控制在动态阈值补偿情况下与跟踪失步的关系的仿真研究。
应用CycloneⅡ EP2C8的FPGA器件实现了“双重△调制”跟踪控制的控制算法和“双重△调制”跟踪控制动态阈值补偿算法,对实验电路进行了设计,最后给出了实验结果。
仿真和实验结果均证明了“双重△调制”跟踪控制方法及其动态阈值补偿的一些结论的正确性。