摘 要： 針對PWM電源控制系統(tǒng)中PID參數(shù)難以確定這一實(shí)際問題,，提出了根據(jù)系統(tǒng)極點(diǎn)配置設(shè)計(jì)PID參數(shù)的方法。給出了整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),，分析了采用極點(diǎn)配置方法設(shè)計(jì)PID控制回路的過程,，保證了控制系統(tǒng)具有理想的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。通過對控制系統(tǒng)仿真驗(yàn)證了該方法的有效性,。
關(guān)鍵詞： PWM逆變電源,；極點(diǎn)配置；PID參數(shù)
PID控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一,，具有算法簡單,、易于實(shí)現(xiàn)、魯棒性好且可靠性高等優(yōu)點(diǎn),，是一種最通用的控制方法,，在各種電源控制系統(tǒng)中得到了很好的應(yīng)用。對于PID參數(shù)的確定,，一般有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員會(huì)根據(jù)以往的調(diào)試經(jīng)驗(yàn),，直接設(shè)置控制系統(tǒng)的PID參數(shù)，最終通過不斷調(diào)試來滿足要求,。沒有經(jīng)驗(yàn)的多數(shù)人選擇用仿真的方法預(yù)先試出一個(gè)較為合適的PID參數(shù),，然后在此基礎(chǔ)上不斷調(diào)試。這兩種方法都缺少一定的理論依據(jù),，工作量比較大,，并且在系統(tǒng)參數(shù)變化的情況下，所選的PID參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響無從得知,。
雖然復(fù)雜的,、非線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型難以確定，但是在前人所做工作的基礎(chǔ)上,，經(jīng)過一定的分析和簡化,，最終可表示成傳遞函數(shù)的形式。本文將PID控制應(yīng)用于PWM電源系統(tǒng)中,，該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)可由零點(diǎn),、極點(diǎn)和增益因子完全確定,。零點(diǎn)和極點(diǎn)的含義是，當(dāng)復(fù)頻率取值在零點(diǎn)或極點(diǎn)上時(shí),，傳遞函數(shù)取零值或趨向無窮大,。因此，零極點(diǎn)必然和頻率響應(yīng)密切相關(guān),。故通過零極點(diǎn)協(xié)調(diào)配置的方法,，可以達(dá)到所期望的響應(yīng)。
1 PWM逆變電源主電路結(jié)構(gòu)及數(shù)學(xué)模型
圖1所示為三相PWM逆變器主電路原理圖[1],，Vdc為直流側(cè)電源，C2,、C3兩個(gè)電容為負(fù)載提供地線,，Rs為IGBT開關(guān)的等效電阻，R1和L為輸出濾波電感的等效電阻和電感量,，C為濾波電容,，ik0表示負(fù)載電流。圖1粗線所示的一相回路中,，采用如圖2所示的PID調(diào)節(jié)產(chǎn)生一相的調(diào)制波,，再與三角載波比較產(chǎn)生PWM信號。由于三相的控制方式與此相同,，因此只對一相電路分析,。
主電路中功率開關(guān)管工作于“開”和“關(guān)”兩種狀態(tài)，橋臂中點(diǎn)輸出電壓Vdc是以Vdc/2為幅值的脈沖電壓,，Vk(k=a,，b，c)是不連續(xù)的,。工程應(yīng)用中通常采用狀態(tài)空間平均法處理,， 選擇電容電壓uc、電感電流iL作為狀態(tài)變量,，橋臂中點(diǎn)電壓vk(k=a,，b，c)作為輸入,，以平均值vk代替,，負(fù)載電流ik0(k=a，b,，c)作為擾動(dòng)輸入,，得到逆變器連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)方程為：
從式(4)可以看出，瞬時(shí)電壓PID閉環(huán)控制系統(tǒng)是一個(gè)高階系統(tǒng),。在控制工程實(shí)踐中,，考慮到控制系統(tǒng)既要有較高的響應(yīng)速度,，又要有一定的阻尼程度，還要求減少死區(qū),、摩擦等非線性因素對系統(tǒng)性能的影響,，常常將高階系統(tǒng)的增益調(diào)整到使系統(tǒng)具有一對閉環(huán)共扼主導(dǎo)極點(diǎn)。這時(shí),，可以用二階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)來估算高階系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能,。
通過一系列的推導(dǎo)和研究，給出了三相PWM逆變電源控制系統(tǒng)PID參數(shù)的理論值,，仿真初步驗(yàn)證了該參數(shù)的有效性,。研究對于三相PWM逆變電源控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值。
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