电力电子系统建模与控制1

1第1章绪论1.1电力电子系统的组成开关变换器及控制器基本组成21.1电力电子系统的组成带有控制环节的电力电子系统（BUCK变换器）31.1电力电子系统的组成主电路数字信号处理模拟信号处理-+d(t)时钟URUo数字控制电力电子系统组成41.1电力电子系统的组成笔记本电脑供电系统51.1电力电子系统的组成空间站电力系统61.1电力电子系统的组成电动车能量传输与驱动系统71.1电力电子系统的组成电力电子系统中我们最为关心的领域有：v模拟电路设计v功率器件v控制系统v电力系统v磁性元器件v电机（及其控制器）v数字控制（DSP、FPGA应用）v计算机仿真（仿真软件）81.2电力电子系统建模目的v更好的理解电路与系统的物理特性v控制系统设计需要v电路分析与设计的需要v计算机仿真分析的需要91.2电力电子系统建模目的技术要求主电路设计性能分析（直流和大信号分析）元件分析（功率器件、磁心材料、电抗、绕组等）理想电路模型搭接基本电路包含吸收电路开环电路频域测试：输入输出波形、阻抗、传递函数开环电路频域仿真：输入输出波形、阻抗、传递函数仿真波形控制器设计闭环电路时域频域测试：输入输出波形、阻抗、传递函数闭环电路时域频域仿真：输入输出波形、阻抗、传递函数生产样机子电路模型精确器件模型系统级模型比较比较比较101.3电力电子电路模型分类与建模方法电力电子电路模型包括如下几种：v系统模型电力电子传动系统模型111.3电力电子电路模型分类与建模方法增益和相位波特图-50050100Magnitude(dB)101102103104105106-180-135-90-450Phase(deg)BodeDiagramFrequency(rad/sec)121.3电力电子电路模型分类与建模方法v电路模型、子电路模型131.3电力电子电路模型分类与建模方法仿真结果141.3电力电子电路模型分类与建模方法v器件模型SGDDSVDSCGSCGDCGDVGSVDRSRGRDJMOSFET器件模型MOSFET器件仿真电路151.3电力电子电路模型分类与建模方法MOSFET模型的静态特性和动态特性161.3电力电子电路模型分类与建模方法电力电子电路建模方法有如下几种：v平均模型法（大信号模型）v线性化模型法（小信号模型）v状态空间模型v平均开关模型171.4电力电子电路建模特点建模过程：181.4电力电子电路建模特点1．电力电子电路的非线性主电路变结构、控制器、内部状态、组成元件、负荷都具有非线性。求解困难。2．电力电子装置的混合性主电路、控制电路模数混合，负荷为机电、电化学等混合系统。3．系统模型的病态快过程与慢过程混合，时间常数相差非常大，步长选择非常困难。4．器件模型的适用性模型类别的选择造成系统仿真精度与速度的矛盾。电力电子电路建模与仿真的难点：19STEPProductDatabaseProgramFlowControliSIGHTDevicesMEDICIControlMATLABCircuitsSABERMechanicalABAQUSElectromag.MAXWELLThermalI-DEASReliabilityCADMPCost(internal)GeometryI-DEAS1.5电力电子系统仿真技术的发展20Moreautomation输入器件产品各种参数自动化流水生产线1.5电力电子系统仿真技术的发展21AutomaticAssemblyLine自动化组装输入电路产品各种参数1.5电力电子系统仿真技术的发展221.6本课程关注的焦点v典型电力电子器件模型分析vPWM电路的平均模型、小信号模型与仿真，包括CCM、DCM模式；v电力电子开关电路控制系统设计：反馈理论、传递函数、输入滤波器设计；v电流控制模式下的PWM变换器；vPWM变换器的数字控制技术；vPWM逆变器暂态模型与控制技术。23教学安排第一章绪论第二章电力电子器件建模基础功率二极管、GTO、SCR、MOSFET、IGBT第三章DC/DC变换器的平均模型Buck、Boost、Buck-Boost的平均模型第四章DC/DC变换器小信号模型第五章DC/DC变换器电流控制方法24教学安排上机讲授：电力电子电路仿真平台OrCAD(PSpice)，Saber，Matlab电机楼20010室第六章DC/DC变换器反馈控制设计第七章逆变器的建模与控制第八章：MiddleBrook附加元件理论