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            開關(guān)型功率變換器的研究與設(shè)計(jì)

            作者: 時(shí)間:2011-03-18 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/179427.htm

            Kg=-20log|G(jω1)|

            式中:ω1為相頻特性穿越-180°時(shí)的頻率,稱為相位交界頻率。

            一個(gè)良好的的控制系統(tǒng),通常要求γ為40°~60°。Kg為2~3.16或20lgKg為6~10dB。如果穩(wěn)定裕量小,則系統(tǒng)的階躍響應(yīng)振蕩次數(shù)增多,超調(diào)量加大。在時(shí),我們選擇γ為48°。其值是合適的,的穩(wěn)定性及瞬態(tài)指標(biāo)都必較良好。

            2)頻率尺度與時(shí)間尺度成反比

            設(shè)有兩個(gè)系統(tǒng)G1s)和G2s),其階躍響應(yīng)分別為Y1s)和Y2s),若

            G1s)和G2s)間存在下述關(guān)系:

            G1s)=G2asa>1

            Y2s)=G2s)/s=G1as)/s=aY1as

            兩個(gè)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)有下述關(guān)系:

            y2t)=y1t/a

            也即|G1(jω)頻帶比|G2(jω)|寬a倍,而y1t)比y2t)快a倍。系統(tǒng)G1(s)的頻帶寬,響應(yīng)快;這說明若一個(gè)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)頻帶越寬,則其動(dòng)態(tài)響應(yīng)越快。

            3)阻尼比ζ對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的影響

            隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展,對(duì)電力電子裝置中的自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與瞬態(tài)特性都提出了很高的要求,屬于單變量反饋控制的電壓型控制很難同時(shí)達(dá)到穩(wěn)定性和瞬態(tài)特性的要求,從阻尼比ζγ和瞬態(tài)特性的關(guān)系可看出這一點(diǎn)。

            γζ相關(guān)。對(duì)于二階系統(tǒng)其關(guān)系見表1。

            表1 二附系統(tǒng)γζ的關(guān)系

            ζ 0 0.4 0.6
            γ 0 45° 60°
            ζ=0,相頻特性正好在ωc處穿越-180°,即ωc=ω1,則γ=0,即穩(wěn)定度為零,這時(shí)的時(shí)域響應(yīng)為等幅振蕩。ζγ成正比,ζ越大,系統(tǒng)穩(wěn)定性越好。

            對(duì)于二階系統(tǒng),可以用解析法求得ζ對(duì)頻域響應(yīng)性能指標(biāo)的影響,但對(duì)高階系統(tǒng),多個(gè)極點(diǎn)會(huì)改變二階系統(tǒng)的分析結(jié)論。若高階系統(tǒng)的閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)是一對(duì)共軛復(fù)極點(diǎn),則可參考二階系統(tǒng)的分析結(jié)論。

            設(shè)二階系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為:

            Ms)=C(s)/R(s)=ωn2/s2+2ζωnsωn2

            式中:ωn為無阻尼自振頻率。

            閉環(huán)頻率響應(yīng)

            M(ω)=[(1-ω2/ωn)2+(2ζω/ωn)]-1/2

            諧振頻率

            ωr=ωn(1-2ζ2)1/2 0≤ζ≤0.707

            諧振頻率大,說明ζ小,因此上升時(shí)間短,響應(yīng)速度快,而ζ小,系統(tǒng)穩(wěn)定性差。因此,系統(tǒng)的穩(wěn)定性與響應(yīng)速度是一對(duì)矛盾,在開關(guān)型變換器時(shí),必須考慮一個(gè)折中方案,兼顧系統(tǒng)穩(wěn)定性與系統(tǒng)響應(yīng)速度二個(gè)方面。

            另外,諧振峰值,最大超調(diào)量也可反映系統(tǒng)穩(wěn)定性。它們分別為

            諧振峰值

            Mr=1/2ζ(1-ζ21/2

            最大超調(diào)量

            Mp=×100%

            Mr越大,瞬態(tài)響應(yīng)超調(diào)量Mp也越大。當(dāng)Mr>1.5時(shí)(ζ0.4),瞬態(tài)響應(yīng)振蕩,并出現(xiàn)幾次超調(diào)。經(jīng)理論分析及實(shí)踐驗(yàn)證,在0.4ζ0.7范圍內(nèi),系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性較好。

            4 結(jié)語

            本文論述了開關(guān)型變換器電壓控制原理,用經(jīng)典的自動(dòng)控制理論進(jìn)行了頻域分析,指出了系統(tǒng)的頻域指標(biāo)。分析了極點(diǎn),零點(diǎn),阻尼比對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性,瞬態(tài)響應(yīng)的影響。應(yīng)用上述分析的結(jié)果進(jìn)行開關(guān)型變換器,成功開發(fā)了在國(guó)內(nèi)技術(shù)水平較高的有源箝位零電壓?jiǎn)味苏ら_關(guān)變換器,并已產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益。


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