PFC数字控制阶段工作报告.doc

PFC数字控制阶段工作报告 全亚斌，谢世华  HYPERLINK \l 研究目标 研究目标  HYPERLINK \l PI控制器特性与参数调整方法 PI控制器特性与参数调整方法  HYPERLINK \l 测补偿原理 预测补偿原理  HYPERLINK \l Repetitive局部补偿方法 Repetitive局部补偿方法  HYPERLINK \l 电流环输入信号的调制与过零点判断 电流环输入信号的调制与过零点判断  HYPERLINK \l 计算过程中初值对性能的影响 计算过程中初值对性能的影响  HYPERLINK \l Matlab与C语言结合的仿真方法 MATLAB与C语言结合的仿真方法  HYPERLINK \l 尚未解决的问题 尚未解决的问题  HYPERLINK \l 参考文献 参考文献 研究目标 在已有工作基础上做进一步研究，解决存在的问题。 对控制器进行调整，引入新的控制方法??提高控制器的性能，以达到高功率因数和低THD的指标要求。 PI控制器特性与参数调整方法 目前PFC数字控制器使用的控制结构见图1表示。 图1. PFC数字控制器结构图 其中Gv(s)和Gi(s)分别是电压环和电流环控制器。 电压环控制器的作用是保持Bus电压稳定，当负载比较大的时候，电压环控制器输出的平均值就比较高。由于电压环参考信号Vref是一个常数，而Bus电容使得Bus不会很快变化，可以将电压环控制器的误差输入信号e(v)看作是一个典型的阶跃信号，而电压环控制器的任务是保证Bus电压的稳态误差为零，同时要有足够的响应速度。为了达到稳态误差为零的目的，这里电压环控制器使用了比例积分控制，其中的积分环节可以保证稳态误差为零的要求，控制器的带宽决定了在有扰动作用时控制器将Bus电压调整到稳态的速度。 如果要得到尽量快的响应速度，就应当使得电压环控制器有比较高的截止频率。但是这同时会带来问题，就是会影响到电流环控制器的控制效果。作为平均电流控制方法，在电压环控制器后面要有一个乘法器，用于对电压环控制器的输出进行调制，将其转换为正弦波的形状，作为电流环控制器的参考信号。由于乘法器使用的是频率为50Hz的正弦信号对电压环输出进行调制，那么为了保证调制作用的线性关系，电压环控制器的截止频率应当小于25Hz。另一方面，在Bus电压反馈信号中存在50Hz的整数倍谐波信号，这些信号都会通过电压环控制器传递到电流环控制器的输入参考信号中。为了保证电流环有好的控制效果，在电压环中必须对这些谐波进行抑制，这就需要电压环在这些频率点的有足够小的增益，因此需要电压环的截至频率要尽量低。可是低的截至频率会导致系统的动态性能变坏，在负载变化时会导致Bus电压反映变慢和超调加大，因此谐波抑制和电压环响应速度的要求是矛盾的，这方面的论述可以见文献[1]。需要对两种要求进行折衷，在保证电压环响应速度的基础上使用尽量低的截至频率。在实际调整中出现一个反常的现象，增大电压环带宽后反而使THD减小，出现这种现象的原因将在第八节中讨论。 为了更好的降低谐波影响，在电压环控制器中还可以添加一个极点，这相当于串联了一个低通滤波器，可以使控制器的幅频特性在截止频率之后下降得更快，进一步减小在50Hz的整数倍频率处的增益。 在程序中使用的控制器是由原硬件线路计算并修改得到的，其传递函数是 在测试中发现，使用这一传递函数还是不能保证电压环响应速度，在投载和卸载过程中会导致电压上冲过高或下降过低。因此首先要增加电压环前向通道的带宽，以保证Bus电压的响应速度，在此基础上，调整比例和积分系数的大小。对于上面选定的电压环控制器Gv(s)来说，就是增大增益K或零点，并相应调整极点位置。一般来说，保证电压环在截至频率处有45度的相位裕度就可以得到比较好的性能。由于电压环受控对象的模型是随时间和负载变化的，电压环控制器只能近似达到预期的控制性能。考虑到保证逆变正常工作，保证瞬时投R载时Bus电压不低于310V，卸载时Bus电压不超过400V，经过试验，最后选取了将积分作用加大，同时将极点放置在40Hz附近，得到的控制器可以表示为 这样在投R载和卸载时就不会出现Bus下降过多或上冲过高的现象。 下面图2a、b分别是R载满载瞬投和卸载的Bus电压波形，图3a、b分别是R载半载瞬投和卸载的Bus电压波形。 图2a. R载满载瞬投波形 图2b. R载满载卸载波形 图3a. R载半载瞬投波形 图3b. R载半载卸载波形 电流环控制器的作用是使输入电流信号跟踪乘法器输出的调制信号。如果假设Bus电压是稳定的，那么乘法器输出的调制信号也就是一个完美的正弦波信号，如果电流环控