PEMSC5

第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制电力电子系统建模与仿真5主讲教师：程夕明第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制内容5.1基于传递函数的系统分析方法概述5.2波特图（BODEPLOT）介绍5.3功率变换器CCM的传递函数5.4控制系统的负反馈分析5.5调节器设计5.6本章小结第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.1基于传递函数的系统分析方法概述目的☻针对功率变换器工程设计中面向对象分析和计算机仿真的相关技术。第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.1基于传递函数的系统分析方法概述传递函数对功率变换器控制器设计的作用0ˆˆˆsdgvgsvsvG0ˆˆˆsvvdgsdsvG第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.2波特图（BODEPLOT）介绍定义☻波特图是一种绘制传递函数或复变量的幅值、相位与频率之间关系的图，无量纲。☻横坐标为频率的对数比例（log）。☻幅值的纵坐标为20log刻度，相位的纵坐标为度。GjGdBlog20第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.2波特图（BODEPLOT）介绍BODE图例幅值对数刻度相位刻度频率对数刻度第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.2伯德图（BODEPLOT）介绍传递函数的一般形式231112,0,012111njnkkkkjnmiisssTssKsG第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.2伯德图（BODEPLOT）介绍BODE图幅值表达式32112,022,02121221log201log20log201log20log20nkkkknjjnmiidBTKjG第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.2波特图（BODEPLOT）介绍BODE图的相位表达式3212,02,0111011112tantan90tannkkknjjmiijTnjG第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.2波特图（BODEPLOT）介绍BODE图手绘法—增益常数01800000KKKjGdBlog20增益常数的幅频和相频在波特图上表现为水平线。第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.2波特图（BODEPLOT）介绍BODE图手绘法—原点因子s±v极点零点vv0009-90极点零点log20log20vvjGdB该因子的幅频特性为通过（1,0）点的斜率±20vDB直线。相频特性为±90v的水平直线。第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.2波特图（BODEPLOT）介绍BODE图手绘法—单零点或极点因子(1±τs)±1，，，000000001090101.054-1.000001111sssG,,log20,0,000000dBjG第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.2波特图（BODEPLOT）介绍BODE图手绘法—单零点或极点因子(1±τs)±1011sssG011sssG第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.2波特图（BODEPLOT）介绍BODE图手绘法—振荡环节因子(1+2ζs/ω0+(s/ω0)2)-1,10,18010,10,9010,0,012tan01000101001002001c200211sssG,,log40,0,041log200000020220dBjG第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.3功率变换器CCM的传递函数CCM的DC/DC统一模型第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.3功率变换器CCM的传递函数基于交流小信号模型的CCM的DC/DC传递函数0ˆ20001sdgvgsQsGsG0ˆ200011svzdvdgsQssGsGsdsGsvsGsvvdgvgˆˆˆ品质因素RHP零点第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.3功率变换器CCM的传递函数DC/DC传递函数的推导0ˆ0ˆˆˆˆˆsvsvdsdgsvggsdsvsGsvsvsGsdsGsvsGsvvdvgvgˆˆˆ第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.3功率变换器CCM的传递函数DC/DC传递函数的推导—输入vs.输出2'22''11DLCsRDLsDDsGvg第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.3功率变换器CCM的传递函数DC/DC传递函数的推导—控制vs.输出第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.3功率变换器CCM的传递函数DC/DC传递函数的推导—控制vs.输出sCRDsLsCRDVVsGgsdIvd112''0ˆsCRDsLIsGDVVvdg12'0'2'22'''00ˆ11'DLCsRDLsVVDLIsDVVsGsGsGggDVVvdsdIvdvdg第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.3功率变换器CCM的传递函数DC/DC传递函数的推导—Buck-boost频率特性20001sQsGsGgvg200011sQssGsGzdvd第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.3功率变换器CCM的传递函数DC/DC传递函数的推导—Buck-boost频率特性Gvg400Hz,-900第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.3功率变换器CCM的传递函数DC/DC传递函数的推导—Buck-boost频率特性Gvd2.6kHz,-2250第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.4控制系统的负反馈分析目的减小/抑制开环系统的扰动；确保系统工作稳定；满足系统的设计指标。第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.4控制系统的负反馈分析方法增加负反馈；分析稳定性；设计调节器。第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.4控制系统的负反馈分析模型架构构建负反馈控制系统第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.4控制系统的负反馈分析模型架构-举例参考信号反馈信号调节信号控制对象对象模型？第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.4控制系统的负反馈分析模型架构-举例输入扰动负载扰动对象模型信号叠加第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.4控制系统的负反馈分析模型架构-举例小信号模型信号叠加siZsdsGsvsGsvloadoutvdvgvgˆˆˆˆ0ˆ0ˆ0ˆ0ˆ0ˆ0ˆˆˆˆˆˆˆsdsvloadoutsisvvdsisdgvggloadgloadsisvsZsdsvsGsvsvsG第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.4控制系统的负反馈分析模型架构-举例sTsZsisTsGsvsTsTsHsvsiZsvsGsdsGsvoutloadvggrefloadoutgvgvd1ˆ1ˆ11ˆˆˆˆˆ基于静态工作点的小信号模型的传递函数。MvdcVsGsGsHsT控制信号由参考信号与反馈信号通过补偿网络和PWM模型实现。环路增益第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.4控制系统的负反馈分析负反馈的作用sTsTsHsvsvsdsvrefg11ˆˆ0ˆ0ˆ抑制前馈增益变化对从参考输入至输出的影响。1sTsHsvsvsdsvrefg1ˆˆ0ˆ0ˆ第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.4控制系统的负反馈分析负反馈的作用sTsGsvsvvgsdsvgref1ˆˆ0ˆ0ˆsTsZsisvoutsdsvloadg1ˆˆ0ˆ0ˆ削弱输入电源变化和负载扰动对输出电压影响。第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.4控制系统的负反馈分析相对稳定性sDsNsTsDsNsDsT11系统稳定的条件是：N(s)+D(s)没有RHP的根。sDsNsNsTsT1第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.4控制系统的负反馈分析相对稳定性-相位裕度PMjTPM0180稳定系统第5章功率变换器系统分析与控制器设计BIT-21-080800-C03-06电力电子建模、仿真与控制5.4控制系统的