电流滞环跟踪spwm

1、华东交通大学课程设计课程设计(论文)任务书电气与电子工程 学 院电力牵引与传动专 业班 一、课程设计(论文)题目：电流滞环跟综 PWM(CHBPWM)控制技术的仿真二、课程设计(论文)工作自2013年6月16日起至 2013年6月21日止。三、 课程设计(论文)地点:电气学院机房_ 四、课程设计(论文)内容要1 本课程设计的目的(1) 熟练掌握MATLAB语言的基本知识和技能；(2) 熟悉 matlab 下的 simulink 禾口 simpowersystems 工具箱；(3) 熟悉构建三相电流跟踪滞环控制系统的仿真模型；(4) 培养分析、解决问题的能力；提高学生的科技论文写作能力。2 课程

2、设计的任务及要求1) 基本要求:(1 )要求对主电路和脉冲电路进行封装；(2) 仿真参数为： E=100-300V; f=50HZ; 带宽 2h;步长 h=0.0001s，其他 参数自定;(3) 给出调制波原理图、相电压、相电流、线电压、不同器件所承受的电压波形以及频谱图，要求采用subplot作图；(4 )选取不同参数进行仿真，比较仿真结果有何变化，给出自己的结论。2) 创新要求:封装使仿真模型更加美观、合理3) 课程设计论文编写要求(1) 要按照课程设计模板的规格书写课程设计论文(2) 论文包括目录、正文、心得体会、参考文献等(3) 课程设计论文用 B5纸统一打印，装订按学校的统一要求完成

3、4) 答辩与评分标准:(1 )完成原理分析：20分；(2 )完成设计过程：40分；(3) 完成调试：20分;(4) 回答问题：20分；5) 参考文献:(1)刘卫国.MATLAB程序设计与应用 (第二版).北京：高等教育出版社，2008.(2)刘志刚.电力电子学.北京：清华大学出版社、北京交通大学出版社,2004.（3）李传琦.电力电子技术计算机仿真实验电子工业出版社，2006.6）课程设计进度安排内容天数地点构思及收集资料2图书馆编程设计与调试1实验室撰写论文2图书馆、实验室学生签名：年 月 日课程设计（论文）评审意见（1）完成原理分析（20分:、：优（、良（、中()、一般（）、差（）；（2

4、）设计分析（20 分）：优（、良（、中（八般（）、差（）；（3 ）完成调试（20 分）：优（、良（、中（八般（）、差（）；（4 ）翻译能力（20 分）：优（、良（、中（八般（）、差（）；（5）回答问题（20 分）：优（、良（、中（八般（）、差（）；（6）格式规范性及考勤是否降等级：是（）、否()（7）总评分数优（、良（、中（）、.般（）、差(）；评阅人：职称：摘要滞环比较跟踪控制是一种非线性砰 - 砰控制方法，在各类闭环跟 踪控制系统中广泛应用。 PWM 变换器的跟踪控制方法是 PWM 变 换器的主要控制方法之一，其中滞环比较方法因其结构简单，响 应速度快，参数鲁棒性好等优点，应用最为广泛然而

5、，滞环控制 的开关频率一般具有很大的不定性，高低频率悬殊，其开关频率 范围往往是人们在进行滞环控制系统设计师比较关心的重要方 面，只有明确开关频率的计算方法，才便于进行开关器件、滤波 参数及滞环控制参数的选择。本文首先介绍了该方法的原理和基 本波形；然后分析了其电路参数和系统特性的关系，指出了其主 要优点和存在的问题；最后给出了仿真和实验波形。电流跟踪型逆变器输出电流跟随给定的电流波形变化，这也是 一种 PWM 控制方式。电流跟踪一般都采用滞环控制，即当逆变 器输出电流与给定电流的偏差超过一定值时，改变逆变器的开关 状态，使逆变器输出电流增加或减小，将输出电流与给定电流的 偏差控制在一定范围内

6、。关键词 ：电流滞环控制 脉宽控制 滞环宽度控制法华东交通大学课程设计目录一、电流滞环跟踪控制原理1二、电路图及封装42.1主电路图：42.2触发电路42.3完整电路及封装图5三、参数的设置及作图程序设计 63.1课设要求及选用模块63.2 模块参数设置 73.2.1 Sine Wave 参数设置 73.2.2直流电压源参数设定 73.2.3 RLC支路参数设定83.2.4 Delay参数设定 83.3作图程序设计93.3.1六个触发脉冲的波形输出程序设计 93.3.2相电压及线电压波形输出程序93.3.3电流波形输出程序 10四、仿真及频谱分析 11（一）、环宽2h=6时的仿真波形及频谱分析

7、 111、仿真波形112. 频谱分析12（二）、环宽2h=26时的仿真波形及频谱分析 141、仿真波形142、频谱分析15五、仿真结果分析及结果 17六、课设心得体会18七、 参考文献错误!未定义书签。华东交通大学课程设计、电流滞环跟踪控制原理常用的一一种电流闭环控制方法是电流滞环 跟踪 PWM(Current Hysteresis Band PWM CHBPWM )控制，具有电流滞环跟踪PWM控制的PWM变压变频器的A相控制原理如1流i*a与输出电流ia进行比较，电流偏差ia超过时 h，经滞环控制器HBC控制逆变器A相上(或下)桥臂的功率器件 动作。B、C 二相的原理图均与此相同。采用电流滞

8、环跟踪控制 时，变压变频器的电流波形与 PWM电压波形示于图6-23。如果，ia h,滞环控制器 HBC输出 正电平，驱动上桥臂功率开关器件 V1导通，变压变频器输出正 电压，使增大。当增长到与相等时，虽然，但HBC仍保持正电平输出，保持导通，使继续增大直到达到ia = i*a + h ， ia =-,使滞环翻转，HBC输出负电平，关断V1，并经延时后驱动V4但此时未必能够导通，由於电机绕组的电感作用，电流不会 反向，而是通过二极管续流，使受到反向钳位而不能导通。此后，逐渐减小，直到时，到达滞环偏差的下限值，使HBC 再翻转，又重复使导通。这样，与交替工作，使输出电流给定值之间 的偏差保持在范

9、围内，在正弦波上下作锯齿状变化。从图2中可 以看到，输出电流是十分接近正弦波的。圄:匍礼匕轅眾翡控制战彫示尊图图2电流滞环跟踪控制时的电流波形图2给出了在给定正弦波电流半个周期内的输出电流波形和相应的相电压波形。可以看出，在半个周期内围绕正弦波作脉动 变化，不论在的上升段还是下降段，它都是指数曲线中的一小部分，其变化率与电路参数和电机的反电动势有关。21SPWM波相反，两侧增宽而中间变窄，这说明为了使电流波形跟 踪正弦波，应该调整一下电压波形。电流跟踪控制的精度与滞环的环宽有关，同时还受到功率开 关器件允许开关频率的制约。当环宽选得较大时，可降低开关频 率，但电流波形失真较多，谐波分量高；如果

10、环宽太小，电流波 形虽然较好，却使开关频率增大了。这是一对矛盾的因素，实用 中，应在充分利用器件开关频率的前提下，正确地选择尽可能小 的环宽。电流滞环跟踪控制方法的精度高，响应快，且易于实现。但受功率开 关器件允许开关频率的限制，仅在电机堵转且在给定电流峰值处才发挥出 最高开关频率，在其他情况下，器件的允许开关频率都未得到充分利用。 为了克服这个缺点，可以采用具有恒定开关频率的电流控制器，或者在局 部范围内限制开关频率，但这样对电流波形都会产生影响。IM u ILI l.、电路图及封装参考上学期学过的电力电子教程中的电流逆变原理，使用MATLAB软件中的Simulink和SimpowerSys

11、tems工具箱构建三相电流跟踪滞环控制 系统的仿真模型。2.1主电路图:-i P BiandVS$晶1 iliP- b_11SfiJlg RJ-Z B-orctiH图2.12.2触发电路Wbl iunt 阳日尸亠!fz i -7Fi 1 vL. dl ntViwtArHriiJ 1FeriVi&rTao怎Halptiaii 1 口 kl 耳S5,?0 GoiGati *i:aSubsyitam图 2.21图 2.2.2图 2.2.32.3完整电路及封装图.knumZ;H 14fiKfe % DTferWr：图 2.3.1如上图2.3.1所示是完整的电路图，这个电路图中包 含了主电路、触发电路、

12、反馈电路还有显示电路。主 电路图主要是由三个桥臂、直流电源、感性负载组成 ，其中感性负载的电感大小决定了负载电流的波形， 电感太大则容易产生平滑的电流波形，甚至是一条直 线，太小不容易维持电流连续。下图是封装好的电路模型，产生触发脉冲的封转在 一起，主电路封装在一起，其余剩下万用表和显示电 路。三个万用表分别测出主电路的三条相电流，供给 回馈电路实用，回馈电路的gain的倍数自己根据实际 情况定，本次设计选用3倍。倍数越大反应误差越小 ，当倍数过大也会是电路计算量太大，反而影响整体 的效果，因此这是一对矛盾体，所以看情况而定。图232三、参数的设置及作图程序设计3.1课设要求及选用模块仿真参数

13、为：E=100-300V; f=50Hz;带宽 2h=5-30;步长 h=0.0001s, 其他参数自定。选用的模块主要有：Mux、Sum、 Relay、Scope、Sine Wave、DC Voltage Source、Ground、Series RLC Branch、 Multimeter、IGBT/Diode、Logical Operator、Voltage Measuremen、Gain。3.2模块参数设置321 Sine Wave参数设置Par-aiiTwtorc图 3.2.1上图是 Sine Wavel的参数，Sine Wave2在Phase中要设置为-2*pi/3，Sine Wa

14、ve3 的 Phase为-4*pi/3.3.2.2直流电压源参数设定CancelHelp图 3.2.2电压的大小可以自己定好，主要是与反馈倍数有点联 系。电压越大反馈应当也要加大一点，这样可以更精 确、快速的控制输出波形。323 RLC支路参数设定PrarrwtersB rnch tvpe: 3|Fleiatnce (Uhrns;Measurements Branch voltage and current图 3.2.3324 Delay 参数设定Switch on point:3J0Switchoff point:3 0Output when on：|jOut put 內 hen off:0

15、Enable erasing detectionSample time (-1 for inherited):-1图 3.2.4其他的参数如下：Logical Operator： NOT , Gain： 3 , Scope： Number of axes:3（其他两个分别是 4和6）, Multimeter分别选中 对应支路的电流（相电流）。Scope1测的是脉冲波形，Scope2测 的是相电压和线电压波形，Scope3测的是电流中的三条支路电流 波形。3.3 作图程序设计3.3.1 六个触发脉冲的波形输出程序设计subplot(6,1,1); plot(wx.time,wx.signals(

16、1).values);title( 触发脉冲 1);axis(0,0.02,0,1.5);subplot(6,1,2);plot(wx.time,wx.signals(2).values);title( 触发脉冲 2);axis(0,0.02,0,1.5)subplot(6,1,3);plot(wx.time,wx.signals(3).values);title( 触发脉冲 3);axis(0,0.02,0,1.5);subplot(6,1,4);plot(wx.time,wx.signals(4).values);title( 触发脉冲 4);axis(0,0.02,0,1.5);subp

17、lot(6,1,5);plot(wx.time,wx.signals(5).values);title( 触发脉冲 5);axis(0,0.02,0,1.5);subplot(6,1,6);plot(wx.time,wx.signals(6).values);title( 触发脉冲 6);axis(0,0.02,0,1.5);解释 ：这个程序设置了图形的 title 和画出波形的横、纵坐标的 范围，因为脉冲的大小是1v,所以为了有更好的效果纵坐标设为 01.5v,横坐标的时间为一个周期 T=0.02s。3.3.2 相电压及线电压波形输出程序subplot(4,1,1);plot(wxd.tim

18、e,wxd.signals(1).values);title(A 相相电压);axis(0,0.02,-180,180);subplot(4,1,2);plot(wxd.time,wxd.signals(2).values);title( B 相相电压);axis(0,0.02,-180,180);subplot(4,1,3);plot(wxd.time,wxd.signals(3).values);title( C相相电压);axis(0,0.02,-180,180); subplot(4,1,4);plot(wxd.time,wxd.signals(4).values);title( BC

19、相相电压);axis(0,0.02,-300,300);解释：我的直流电源选的是 150v,所以相电压选的测量范围为 0180v，线电压选用0300v，横左边同样选用一个周期 0.02s。3.3.3 电流波形输出程序subplot(3,1,1);plot(wxl.time,wxl.signals(1).values);title( 电流滞环跟踪控制 A 相电流 );axis(0,0.04,-30,30); subplot(3,1,2);plot(wxl.time,wxl.signals(2).values);title( 电流滞环跟踪控制 B 相电流 );axis(0,0.04,-30,30)

20、; subplot(3,1,3);plot(wxl.time,wxl.signals(3).values);title( 电流滞环跟踪控制 C 相电流 );axis(0,0.04,-30,30);解释： 电流波形是一条正弦波，因此为了有更好的对照效果，横 坐标设置为0.04s,电流大小大概在2030A左右(通过计算电压 150v，电阻5欧姆，电感0.01H)。这些程序可以直接在命令窗口输入， 也可以建一个 M 文件运 行。在命令窗口输入一定要找到工作空间(workspace)，点开之后才可以输入，得到相应的波形。在上述电路建立完成后，执行 后双击各示波器可观察触发脉冲波形、相电压和线电压波形及

21、电 流波形， 使用 Powergui 中的 FFT Analysis 可观察相电压和线电压 的频谱图。四、仿真及频谱分析（一）、环宽2h=6时的仿真波形及频谱分析1、仿真波形B4MiMmI40】；l j*l. j-：型呗in処rm卵叽1叽皿口讪“. I .L.：! Ioa M3a adi4 ii ii r. fladhja ati xksbamacu. . *皿i协咗i皿 MlfOONJ OHM *36 4M * (I t12MW D.W 44H,扌叮辿即R卩鱼叩血川吐叫世册凹师订Innn?qehi snmam*uU心口*dei.jec*1 -图4.1.1触发脉冲波形图4.1.2电压波形S4l

22、*ctd i-gnai - 3 Eycl FFT window i n rw-d- 1 cyeieFrequency (Hz)皀!to fLnJairidrtialjiHairU斗曲 FgLKM* (fa 耳H蚀图4.1.3电流波形2.频谱分析（先用powergui将信离散化，号取采样时间为1e-6s）Struck 心wXCtiUI TnFFT window血Kllbrn EM qQo11FuEiesnhsi rnpquwTcr I.Hzli=FFT sellings Up4ay Etvhc-图4.1.4相电压频谱图当环宽2h=6时，输出相电压的基波（50HZ峰值为0.1277, 总谐波失真（

23、THD为544.62%。 Ctaptarp a el acted 口 naldad町FF1 WFldDWFFT anihlcia=nMer .-r? 争h bE Oj： A图4.1.5线电压频谱图当环宽2h=6时，输出线电压的基波（50HZ峰值为70,总 谐波失真（THD为380.11%。a Dsidlak seie-rtad jgnzllCJxplG FT 乂”应二zSeleclecS ebjrna . 2 cycles. FFT j/irtda r |.in red. 1FFTFFT windrivSLiFt ILh-w 1,2.1 Q 口IrlutfibAr- Of-|Fmtistwta

24、叭斗与石和卜迄丫 FFT 吕航ting$ntpiRy Myit.*3i i 阳田I片取 to rjrnjiji|i0nt.Jn-ZW 墨rLZTS-CrPJ213 0041006000Fr-equeFTcy (Hz)SCiOCI2lacioaFrq wnirj-廿町齐HlWtZUfix Fl-qufiV LHTi: WO&OFuW吕EEF鼻(50 Hz j =19 4 THC3= 21 St *图4.1.6输出相电流频谱图由频谱图可知，2h=6时，输出电流的基波（50HZ）峰值为19.49,总谐波失真（THD ）为21.50%。（二）、环宽2h=26时的仿真波形及频谱分析1、仿真波形图421触

25、发脉冲波形图422电压波形屯溝R用碎1TFf*申d1I7 图423电流波形2、频谱分析（先用powergui将信离散化，号取采样时间为1e-6s）FFT an =i|r=i=BiQ|ii9l I n 白门7 白Q 0 0C50 Q i C G1&0 OS 0 02&0 030 030 CMUrn-e lv)AVisi Able CL J SrirMEhji*wd仲ui:Tipt 1Jcjml rulitiEaahFwncfamental 旳dU耐 *37.D . THD- fritJK%200Q40006QCDFrMuwicy HzSOOD10MDFF T YHinctaw -() 0 QhI

26、w袱输 试 S*ube. i1 - LhlT V -ii-|LaBnE.y 成卜占:53-FFT 5t|r-3S白曲,*1出匕：bai fHl|W4lp -*Ln 僅 jFundamenlai | MHz) 70 2 1 THD- 436尸FT MindnwlarLQiTie (eD.3Ni-htcr al cfeJeT： 1 r(jnd*-ner-tai 曰qrHEy fftlz jSOFfT ififhrigsDnplwy Bai- -alstva u tqiWEBMC VrPlrf?； |j JQFi “ wiv;rwrtzMbix Fr&queric (Hz:|kbdoCi*pi*f

27、I匚5*图425线电压频谱图当环宽2h=26时，输出线电压的基波（50HZ的峰值为70.31 , 总谐波失真（THD为436.19%, f=0时的直流分量为2.53%,谐 波分量较大的有f=950HZ时的59.73%, f=1250HZ时的44.35%, f=1000HZ 时的 21.91%。 blnptaY曰 HioH-iafl gfa宙于 严T wndcnr9MMM 密: 2 CVdet FFT nllnMrw (m 1 eiffilMBtiuzfaire lAralInpul： 1 FFT t； Eilings(#*? W 恂叱1梅*rrMjFFT idrl dQwSiwt hms Ca

28、): Q D|d yt-iss, IFUncfeMtip-BlCHiJ:图426输出相电流频谱图由频谱图可知，2h=26时，输出电流的基波（50H）峰值为19.74，总谐波失真（THD）为62.01%五、仿真结果分析及结果仿真结果分析仿真结果分析：电流跟踪控制的精度与滞环的环宽有关，同时还受到功率开关 器件允许开关频率的制约。 当环宽选得较大时， 可降低开关频率， 但电流波形失真较多，谐波分量高；如果环宽太小，电流波形虽 然较好，却使开关频率增大了。这是一对矛盾的因素，实用中， 应在充分利用器件开关频率的前提下，正确地选择尽可能小的环 宽。由于当所给环宽小时，电流跟踪控制的精度高，电流跟踪效 果好，同时电流的谐波分量也少，但是对 IGBT 的开关频率要求 高；当所给环宽大时，电流跟踪控制的精度就减小了，电流跟踪 的效果也变差，电流的谐波分量也高，不过降低了对 IGBT 的开 关频率要求。所以在现实应用中，应该根据所给开关器件如 IGBT 的开关 频