一種定時滯環(huán)比較方式的電流跟蹤控制方法

1、定時和滯環(huán)相結(jié)合的跟蹤控制方法研究定時和滯環(huán)相結(jié)合的跟蹤控制方法研究孟建華1蔚泉清1陳增祿侯小華西安工程大學(xué)電子信息學(xué)院，西安7100481)Email：weiquanqing2006@摘要提出一種將傳統(tǒng)的滯環(huán)比較與定時比較跟蹤控制方法相結(jié)合的新方法。將兩種方法進行統(tǒng)一的理論分析，對跟蹤誤差帶寬、平均開關(guān)頻率和開關(guān)頻率的波動范圍得出了理論分析結(jié)果。傳統(tǒng)的滯環(huán)比較與定時比較跟蹤控制方法都是該方法的一個特例。仿真研究證實了理論分析的正確性。

2、關(guān)鍵詞跟蹤控制滯環(huán)比較定時比較統(tǒng)一分析StudyonUnifmTrackingControlApproachCombiningHysteresisComparisonTimercomparisonMengJianhuaWEIQuanqingCHENZengluHOUXiaohuaXi’anpolytechnicUniversityXi’an710048ChinaAbstractAnoveltrackingcontrolapproachi

3、spresentedinthispaper.Thisapproachcombinehysteresiscomparisontimercomparisontrackingcontrolanalyzestrackingerraverageswitchingfrequencyfluctuateofswitchingfrequency.Inthisanalysishysteresiscomparisontimercomparisonisonly

4、oneespecialthing.Simulationhasbeencarriedouttoproofthecrectnessofanalysis.KeywdsTracingcontrolHysteresiscomparisonTimercomparisonUnifmanalysis1.引言跟蹤控制技術(shù)在電力電子領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用。由于跟蹤型的PWM控制技術(shù)具有響應(yīng)速度快，控制精度高，魯棒性強等優(yōu)點，而且跟蹤控制屬于閉環(huán)bangba

5、ng控制，所以，該方法受到了廣泛的應(yīng)用。在電氣傳動領(lǐng)域的交流伺服系統(tǒng)中，電流跟蹤技術(shù)為構(gòu)成高性能交流伺服系統(tǒng)提供了良好的基礎(chǔ)[1]?？稍偕茉蠢弥械哪孀兤饔泻芏嗵厥庖骩2]，跟蹤控制技術(shù)以其良好的控制性能在這些特殊的逆變器中應(yīng)用十分廣泛。在改善電能質(zhì)量的研究領(lǐng)域中，有源電力濾波器、現(xiàn)代無功補償裝置以及電壓型的PWM可逆變流器都廣泛地采用了電流跟蹤控制技術(shù)[3]。跟蹤控制技術(shù)從本質(zhì)上講只有兩個可以控制的自由度。一個可以稱為幅值控制自由

6、度，另一個可以稱為時間控制自由度。所謂幅值控制就是利用幅值來判斷負載電流與指令電流的關(guān)系，而時間控制是利用時間來判斷負載電流與指令電流的關(guān)系，從而決定開關(guān)管的開關(guān)策略。前者典型的應(yīng)用是滯環(huán)比較方式，后者典型的應(yīng)用是定時比較方式。在以上兩種跟蹤控制方法的基礎(chǔ)上為了改善跟蹤控制性能，科研人員提出了很多有效的改進方法。文[4]在滯環(huán)比較跟蹤控制的基礎(chǔ)上加入輸入電壓前饋改進跟蹤性能。文[5]中采用頻率反饋實現(xiàn)了滯環(huán)PWM電流跟蹤開關(guān)頻率的固定。

7、文[6]討論了逆變器的雙滯環(huán)控制技術(shù)，文[7]提出了恒頻采樣電流跟蹤控制，利用定時方式限制開關(guān)頻率。實際上，這兩種控制自由度是可以統(tǒng)一起來的，可以將兩個控制自由度同時考慮，用一套統(tǒng)一的方法來分析。這樣更能揭示跟蹤控制方法的本質(zhì)，能為提出更多改善跟蹤控制性能的新方法提供一定的理論基礎(chǔ)。本文提出了一種將定時比較和滯環(huán)比較相結(jié)合的跟蹤控制方法在本文中統(tǒng)稱為定時滯環(huán)比較方式，并以電流跟蹤控制為基礎(chǔ)進行理論分析和仿真，得到了開關(guān)頻率波動范圍﹑跟蹤

8、誤差帶寬和平均開關(guān)頻率的分析結(jié)果。將仿真結(jié)果與理論分析結(jié)果進行了比較。斜率絕對值較大的狀態(tài)為AB段且AB段斜率絕對值為KAB，BC段斜率絕對值為KBC，AB段持續(xù)時間為KAB，MN段持續(xù)時間為TMN，AC段維持時間為TAC。由IN=i0HIM=i0H可以得到式(5)。(5)00()MNRTddLUEUEiHiHeRR=由式(5)可以解出TMN，則AB段持續(xù)時間由式(6)表示，其中‘[]’表示對括號內(nèi)數(shù)值進行取整運算。x是一個隨機變量，只

9、有x=1和x=2兩種情況。(6)([])MNABCCTTxTT=如果TAB的數(shù)學(xué)期望用E(TAB)表示，并近似認為隨機變量x的數(shù)學(xué)期望E(x)＝1.5，則得式(7)。(7)()([]1.5)MNABCCTETTT=當滯環(huán)寬度為0時TAB=TC，就是傳統(tǒng)的定時比較方法。當定時周期為0時TAB=TMN，就是傳統(tǒng)的滯環(huán)比較方法。當開關(guān)頻率較高時，近似認為在一個開關(guān)周期內(nèi)指令電流不變，且負載電流斜率近似保持恒定。則可以用一個開關(guān)周期內(nèi)負載電流到

10、達峰值的時刻來計算負載電流上升段斜率和下降段斜率，如式t(8)和(9)所示。(8)0()()||dfABURitEditKLdt=(9)0()()||dfACURitEditKLdt=由此得到AB段和AC段斜率絕對值的比值KC(t)，如果跟蹤誤差相對較小就可以認為實際電流近似等于指令電流，則KC(t)可由式(10)表示。(10)0000()|()|()()|()|dCdditURitELdtKtditURitELdt=在開關(guān)頻率較高時相

11、鄰兩個開關(guān)周期的跟蹤誤差在統(tǒng)計意義上是相等的即有IB=IC，則得BC段持續(xù)時間的期望值為式（11）。(11)()()()BCABCETETKt=當時間點連續(xù)變化時就得到開關(guān)周期隨時間變t化的函數(shù)如式(12)所示。(12)()()[1()]KABCTtETKt=對KC(t)在一段時間T求平均值得式(13)。(13)01()(())()TKKTtTtdtT=如果定義跟蹤過程中開關(guān)周期的最大值和最小值分別為TK(t)max和TK(t)min，

12、并定義開關(guān)周期波動的最大范圍為△TK(t)max，則得式(14)。(14)maxmaxmin0.5(()())KKKTTtTtD=5仿真研究使用MATLAB軟件驗證本文理論分析的正確性。具體做法如下：(1).定義最大跟蹤誤差帶寬度e、一個工頻周期內(nèi)的開關(guān)次數(shù)TK和最大開關(guān)周期波動△TK(t)max。使用函數(shù)y=realfollow(irrtmgshedlregpbs)對定時滯環(huán)比較進行仿真并統(tǒng)計e、TK﹑△TK(t)max。這個函數(shù)有8

13、個輸入量分別為：irr=[irr(1)irr(2)irr(3)]為指令電流，irr(1)為電流峰值，irr(2)為電流頻率，irr(3)為電流初相位；tmgs為指令電流周期數(shù)；h為滯環(huán)寬度；ed為半直流母線電壓；l和r分別為負載電感和電阻；e＝[e(1)e(2)e(3)]為反電動勢，e(1)為峰值電壓，e(2)為電壓頻率，e(3)為電壓初相位；定時頻率為工頻的gpbs倍；函數(shù)有2個輸出量分別是跟蹤波形圖如圖7，其中曲線C、D、E、F和G