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双环反馈控制的SPWM逆变电源中电流环的设计陈元娣,朱忠尼,林洁(空军雷达学院电子对抗系,武汉430019摘要:针对目前电流环的设计方法不明确的问题,通过建立DC/AC系统的动态模型并对该模型进行理论上的推导和分析得出了电流环的设计方法.该方法在系统参数不完全明确的情况下,电流内环尽量采取PI调节器,将使系统的稳定性更好,参数调整比较方便,能满足一定的带宽和动态特性.通过仿真实验验证了理论推导的正确性.关键词:逆变器;双环反馈;电流环中图分类号:TM464文献标识码:A近年来,SPWM正弦波逆变器的反馈控制技术发生2个较大变化,①单环控制变为多环控制,②有效值恒定反馈变为“瞬时”值反馈,目的是为了提高系统的动态响应速度和改善并控制在任意负载,特别是非线性负载下的输出波形.对于双环系统,一般采取电压外环,电流内环的设计.电压环的作用是跟踪和稳定输出电压,它的设计大多采取PI调节器模式.电流环的作用是使逆变器的动态响应加快,负载适应能力加强,并具有输出电流限制能力,可提高系统的可靠性,因此,电流环的设计是双环反馈控制的关键技术之一.对于电流环的设计,常见有P和PI2种设计方法,在实际应用中到底选哪种方法合适,目前还没有成熟的结论.本文通过建立DC/AC系统的动态模型,对该模型进行理论上的简化和特性分析.理论分析表明:在系统参数不完全明确的情况下,电流内环尽量采取PI调节器;当系统参数基本明确或系统的惯性较小(如大功率逆变器情况下,可以考虑采取P调节器,可以降低系统的调节难度,提高系统的响应速度.通过对实际系统的仿真验证了本文结论的正确性.1系统动态模型的简化设计原则图1是SPWM正弦波逆变器的功率电路原理框图.图2是其等效模型,图中T1=L/r为滤波器电感的时间常数,r为滤波电感直流电阻,T为电压检测电路的延迟时间常数,LT为电流环,SPWM控制器加逆变器的等效模型为G1=KPWMUabsLs+rssIo=IcUC=ICssZ(2将负载电流Io看作输出扰动,,女,硕士,主要从事电力电子技术研究.文章编号:CN42-1564(200603-0198-03U图1SPWM正弦波逆变器的功率电路原理框图ugi*gIo第卷20第3期2006年月9空军雷达学院学报JournalofAirForceRadarAcademyVol.20No.3Sep.2006第3期陈元娣,等:双环反馈控制的SPWM逆变电源中电流环的设计199图,如图3所示.根据实际情况,逆变桥及滤波电路系统模型有2种进一步简化的方式.(1T11,sT1sK1T(3式中K1=KPWMKi=Ti+TTi,T1,T1不远远大于1时,则Go=K11+TsssT1sis+1sKpis(7特别是当ssT(8从式(6和式(8可看出来,只要PI调节器满足4i=T1条件在实际设计过程中很难完全满足;②PI调节器的本质是滞后校正,它有降低系统稳定性趋势,按要求,GC的滞后校正网络的极点(pi=0与零点ii略小于1/T1,以保证系统的动态性能.因此,从实际操作和理论分析都证明,采取GC与GO的零极点抵消的设计方法只是一个理想的分析.若在sVs+11+T/rT1s+1T+KpKPWMKs+1(9Gb=KVKiKPWMK/risis+1is+1s+1(10式中Kp为P调节器的放大倍数;KVVs+1,L=900i=0.001,K=0.025,V=8,T=0.01.对式(9,式(10进行仿真,其伯德图分别如图4、图5所示.从仿真结果可见,若在s1010/幅值/dB10101010rad/s10101010rad/s1010/相角/(°图5PI调节时开环系统伯德图500-50-100-50-100-150-200-250200空军雷达学院学报2006年为,在实际产品的研制过程中,电流环采取PI调节器,系统将更易于实现.3结束语通过对双环反馈控制的SPWM逆变电源系统的电流环设计原则及系统的开环特性分析,可得出如下结论:在系统参数不太明了的情况下,电流内环尽量采取PI调节器设计,它将使系统的稳定性更好,参数调整比较方便,能满足一定的带宽和动态特性.当系统参数比较明确或者系统惯性较小时,采取P调节器,可以降低系统调节的难度和复杂性.总之,内环采取哪种调节器应该由系统的本身性能来决定.参考文献:[1]NaserMabdel-Rahim,JohnEQuaicoe.AnalysisandDe-signofamultipleFeedbackLoopControlStrategyforSingle-phaseVoltageSourceUPSInverters[J].IEEETrans.onPE,1996,11(4:532-541.[2]NavidRZargari,PhoivosDZiogas,GezaJoos.ATwo-Switchhigh-performanceCurrentRegulatedDC/ACCon-verterModule[J].IEEETransonIndustryApplications,1995,31(3:583-589.[3]FRASERME,MANNINGCD.PerformanceofAverageCurrentModeControlledPWMInverterwithHighCrestFactorLoad[C]//FifthInternationalConferenceonPowerElectronicsandVariable-SpeedDrives.2003:661-667.[4]朱忠尼,等.现代伺服系统[M].成都:四川科技出版社,2001:113-125.[5]KatsuhikoOgata.现代控制工程[M].北京:电子工业出版社,2001:387-395.DesignofCurrentLoopinSPWMPowerInverterWithDouble-loopFeedbackControlCHENYuan-di,ZHUZhong-ni,LINJie(DepartmentofElectronicCountermeasures,AFRA,Wuhan430019,ChinaAbstract:Concerningthedesigningschemebeingobscureatpresent,thedesignmethodofcurrentloopwasobtainedviaestablishingthedynamicmodelofDC/ACsystemandanalyzingittheoretically.ThePIadjustorwasgivenprioritytobeingusedinthecurrentloopinthecircumstanceofthesystemparameterbeingindefinable,whichhavetheadvantagesofbettersystemstabilityandeasierparameteradjustment,andmeetthedemandofacertainbandwidthandthedynamiccharacteristics.Bysimulationitshowsthedesignschemeisavailable.Keywords:inverter;double-loopfeedback;currentloop(上接第197页DesignofHand-apparatusforDistinguishingtheCable-linesLIUFei1,XIANGJian-tao2,YANGJiang-ping2(1.DepartmentofGraduateManagement,AFRA,Wuhan430019,China;2.DepartmentofEarlyWarningDetectionEquipment,AFRA,Wuhan430019,ChinaAbstract:Ahand-apparatusfordistinguishingthecable-lineswasdesignedbyanalyzingitstechnicalperformanceindexandusingdigitalFMcode.Itcanidentifyautomaticallyanddiagnosethelinesinthecablewithoutthereferenceground.Thetestresultsshowthatitcanmeetthedemandofvarioustechnicalperformanceindex.Keywords:hand-apparatusfordistinguishingthecable-lines;digitalFMcode;frequency-voltageconversion;single-chipmicro-processor