半桥CHBPWM仿真及FFT分析报告.docx

MATLAB仿真作业 ——半桥逆变器的滞环控制及频谱分析 一、电流滞环跟踪控制原理 常用的一种电流闭环控制方法是电流滞环跟踪 PWM（Current Hysteresis Band PWM ——CHBPWM）控制，具有电流滞环跟踪 PWM 控制的 PWM 变压变频器的A相控制原理如1图所示。 图1 电流滞环跟踪控制的A相原理图 图中，电流控制器是带滞环的比较器，环宽为2h。将给定电流 i*a 与输出电流 ia 进行比较，电流偏差 Dia 超过时 ±h，经滞环控制器HBC控制逆变器 A相上（或下）桥臂的功率器件动作。 （1）如果， ia i*a ， 且i*a - ia ≥ h，滞环控制器 HBC输出正电平，驱动上桥臂功率开关器件V1导通，变压变频器输出正电压，使ia增大。当增长到与相等时，虽然，但HBC仍保持正电平输出，保持V1导通，使ia继续增大； （2）直到达到ia = i*a + h ， Dia = –h ，使滞环翻转，HBC输出负电平，关断V1 ，并经延时后驱动V4。但此时V4未必能够导通，由于电机绕组的电感作用，电流不会反向，而是通过二极管续流，使受到反向钳位而不能导通。 此后，逐渐ia减小，直到ia = i*a - h 时，到达滞环偏差的下限值，使 HBC 再翻转，又重复使V4导通。这样，V1与V4交替工作，使输出电流给定值之间的偏差保持在范围内，在正弦波上下作锯齿状变化。从图 2 中可以看到，输出电流是十分接近正弦波的。 图2 电流滞环跟踪控制时的电流波形 图2给出了在给定正弦波电流半个周期内的输出电流波形和相应的相电压波形。可以看出，在半个周期内围绕正弦波作脉动变化，不论在的上升段还是下降段，它都是指数曲线中的一小部分，其变化率与电路参数和电机的反电动势有关。 电流跟踪控制的精度与滞环的环宽有关，同时还受到功率开关器件允许开关频率的制约。当环宽选得较大时，可降低开关频率，但电流波形失真较多，谐波分量高；如果环宽太小，电流波形虽然较好，却使开关频率增大了。这是一对矛盾的因素，实用中，应在充分利用器件开关频率的前提下，正确地选择尽可能小的环宽。 电流滞环跟踪控制方法的精度高，响应快，且易于实现。但受功率开关器件允许开关频率的限制，仅在电机堵转且在给定电流峰值处才发挥出最高开关频率，在其他情况下，器件的允许开关频率都未得到充分利用。为了克服这个缺点，可以采用具有恒定开关频率的电流控制器，或者在局部范围内限制开关频率，但这样对电流波形都会产生影响。 采用滞环比较方式的电流跟踪型PWM交流电路有以下特点： 硬件电路简单； 属于事实控制方式，电流反应快； 不需要载波，输出电压波形中不含有特定频率的谐波分量； 和计算法及调制法相比，相同开关频率时输出电流中高次谐波含量较多； 属于闭环控制，这是各种跟踪型PWM交流电路的共同特点。 二、半桥逆变器电流滞环跟踪控制的simulink的仿真 半桥逆变器的PWM控制电路： Simulink仿真时间参数设置： 示波器设置： 滞环设置： 直流源设置： 负载设置： 给定正弦波设置： Powergui设置： 各仿真波形 （1）滞环脉宽2h=10时的仿真结果： 输出电压波形： 输出电流波形： （2）滞环脉宽2h=2时的仿真结果： 输出电压波形： 输出电流波形 对输出电压、电流进行快速FFT分析 假设采样频率Fs，信号频率F，信号长度L，采样点数N。那么FFT之后结果就是一个为N点的复数。每一个点就对应着一个频率点。这个点的模值，就是该频率值下的幅度特性。 4.1程序代码： clf;%清除图形命令 Fs=100000;L=4000;%采样频率和数据点数 n=0:L-1;t=n/Fs;%时间序列 x=Uo(1:L,2);%输出端电压信号 figure(1) subplot(211);plot(t,x);%绘出随频率变化的振幅 xlabel(时间/ms); ylabel(幅值/V); title(输出端电压波形); grid on; grid minor; N = 4096;%采样点数，采样点数越大，分辨的频率越精确，N=L，超出的部分信号补为0 Y = fft(x,N)/N*2;%除以N乘以2才是真实幅值，N越大，幅值精度越高 f = Fs/N*(0:1:N-1); %频率 A = abs(Y);%幅值 P = angle(Y);%相值 subplot(212); bar(f(1:N/2),A(1:N/2));%函数fft返回值的数据结构具有对称性,因此我们只取前一半 grid on; title(幅值频谱) xlabel(频率(Hz)) ylabel(幅值) axis([0 1000 0 150]); x1=Io(1:L,2);%输出端电流信号 figure(2) subplot