跟踪控制技术概述

电力电子技术跟踪控制技术概述主讲人：王绘宇国家级供用电技术专业教学资源库一跟踪控制技术概述PWM波形生成的三种方法计算法调制法跟踪控制技术跟踪控制技术：把希望输出的波形作为指令信号，把实际波形作为反馈信号，通过两者的瞬时值比较来决定逆变电路各开关器件的通断，使实际的输出跟踪指令信号变化。注意：跟踪控制技术不是用信号波对载波进行调制，而是引入反馈控制的概念。一跟踪控制技术概述跟踪控制法中常用的控制方式电流跟踪控制方式电压跟踪控制方式磁链跟踪控制方式闭环控制一跟踪控制技术概述跟踪控制方式的应用实用电源系统中，有的为了适应输入电压和负载电流变化条件下维持输出电压恒定，希望输入电流是可控的(例如CVCF电源)；而对于像以交流电动机为负载的VVVF电源，为了适应各种不同的力矩需要，则希望输出电流是可控的。为满足某个量的可控或恒定，就应引入该量的反馈，这便形成了电流反馈控制。电流滞环跟踪控制是电流反馈控制的一种。由于客观的需要以及电流型控制自身优点，使这种控制方式得到重视和应用。电流跟踪控制方式二电流滞环跟踪控制以电流滞环跟踪控制的单相半桥逆变电路为例假设负载为纯阻性，但考虑输出滤波器之后可等效为感性负载，基波阻抗角为ϕ1；控制电路参数选择使主电路功率器件的开关周期Tc远小于逆变输出周期T，只考虑输出电压的基波分量uo1式中，ω=2πf=2π/T，Uo1m<Ud/2，输出滤波电感量L足够大，电感电流iL线性变化。uo1=Uo1msin(ωt-ϕ1）图

电流滞环跟踪控制逆变电路滞环跟踪方式的原理图中显示的是采用滞环比较方式的PWM电流跟踪控制单相半桥式逆变电路图

电流滞环跟踪控制逆变电路图中iR是给定正弦电流，iR=IRmsinωt，式中电流幅值IRm和角频率ω均连续可调；if是反馈电流，if=iL／KCT，式中KCT为电流互感器CT的变比。二者进行比较后的偏差ie作为带有滞环特性的比较器的输入。滞环比较器具有的滞环环宽为Δuh，Δuh=uh2-uh1，uh2和uh1分别表示滞环比较器的上门限电压和下门限电压(见图(b))。滞环的环宽Δuh由滞环比较器的电路参数决定，但uh1和uh2的大小跟随电流给定值变化，当给定电流按正弦变化时，uhl和uh2也按正弦变化，它们分别对应于中给定电流iR的上、下门限电流iR1和iR2。二电流滞环跟踪控制滞环跟踪方式的原理图中显示的是采用滞环比较方式的PWM电流跟踪控制单相半桥式逆变电路图

电流滞环跟踪控制逆变电路逆变电路原理图可见，当逆变桥上、下臂开关器件交替导通时，逆变主电路可等效为图（c）。图（c）中开关S以fc的频率在a和b间来回切换，当S打向a位时：diL/dt>0，iL

线性上升，其上升速率随时间变化；当S打向b位时：diL/dt<0，iL

线性下降，其速率也随时间变化。控制电路的任务是控制电路中上、下臂开关器件在电流上升到iR2

或下降到iR1

时进行切换，使其交替导通，保证电感电流跟踪正弦给定电流。在开关频率很高的条件下，便可能得到可控的正弦输出电流。二电流滞环跟踪控制滞环跟踪方式的原理图

电流滞环跟踪控制逆变电路电路的工作过程如下，设电路初态为T1导通，相当于图(c)中的S位于a处，iL

线性增长，if

相应增长。当if=iR2(相当于ui=uh2)时，滞环比较器输出电压uy

由UH转为零，输出控制信号ug1=0，ug2>0，使T1关断、T2导通，但由于回路电感的作用，为了维持iL

连续，二极管D2

导通续流，T2被迫处于阻断状态，相当于图(c)中开关S由a→b切换，iL

相应下降。当电流降到if=iR1

时，相当于ui=uh1

时，uy

由0转为UH，又使ug1>0，ug2=0，T1再次导通、D2

截止，完成一个开关周期，iL(if)的波形如图7.26所示。这样，通过环宽为ΔIh(对应图(b)中的Δuh)的滞环比较器的控制，i就在iR1

和iR2

的范围内，呈锯齿状地跟踪给定电流iR变化。电流滞环跟踪控制逆变电路二电流滞环跟踪控制滞环跟踪方式的原理图

电流滞环跟踪控制逆变电路iL(if)的波形如图(d)所示。这样，通过环宽为ΔIh(对应图(b)中的Δuh)的滞环比较器的控制，i就在iR1

和iR2

的范围内，呈锯齿状地跟踪给定电流iR变化。图(d)电流滞环跟踪控制的电流跟踪过程及PWM波形二电流滞环跟踪控制滞环跟踪方式的原理从图(d)中也可看出，环宽过宽时，开关动作频率低，但跟踪误差增大；环宽ΔIh越小，则开关切换的越频繁，iL

越能紧紧跟踪给定正弦电流的变化，电流脉动越小，电流失真度越小，但带来的是开关频率fc越高，而fc的提高，将导致电路开关损耗增加，效率降低。另外，fc

的提高，还要受开关器件自身参数的限制。负载串联电抗器L可起到限制电流变化率的作用。L过大时，i的变化率过小，对指令电流的跟踪变慢；L过小时，i的变化率过大，电流频繁地达到上下限电流，会加大开关的动作频率。图(d)电流滞环跟踪控制的电流跟踪过程及PWM波形二电流滞环跟踪控制三电流滞环跟踪控制的特点采用滞环比较方式的电流跟踪型PWM变流电路的特点电流滞环跟踪控制既可以用于单相PWM逆变电路，也可用于三相PWM逆变电路，它由图中三个相同的单相半桥电路组成，三相电流给定信号iRU、iRV

和iRW

依次相差120o

，电流反馈信号分别引自对应的三相。图

单相PWM电流滞环跟踪控制逆变电路三相PWM逆变电路工作过程与单相电路相同。但其线电压的正半周和负半周内，都有极性相反的脉冲输出，这将使输出电压中的谐波分量增大，也使负载的谐波损耗增加。采用滞环比较方式的电流跟踪型PWM变流电路的特点①硬件电路简单，属于闭环控制。②系统具有较高的稳定性。③具有快速的瞬态响应。④电流型半桥电路容易产生失控。电流脉宽不等固然可以维持电感端压的伏秒值平衡，但却会导致电容电荷的安秒值不平衡，导致直流侧分压电容端压不等、电源中点漂移，恶性循环的结果将使电路失控。