电流滞环跟踪spwm

1、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） 内容要求： 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 和 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

2、技论文写作能力。 2课程设计的任务及要求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

3、订按学校的统一要求完成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）

4、完成原理分析（ 20 分）：优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（）、差（ ）；（2）设计分析（20 分）：优（ ）、良（ ）、中（）、一般（）、差（ ）；（ 3 ）完成调试（20 分）：优（ ）、良（ ）、中（）、一般（）、差（ ）；（4）翻译能力（20 分）：优（ ）、良（ ）、中（）、一般（）、差（ ）；（5）回答问题（20 分）：优（ ）、良（ ）、中（）、一般（）、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（ ）、一般（）、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

5、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，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

6、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。关键词 ：电流滞环控制 脉宽控制 滞环宽度控制法目录一、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

7、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 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。、电流滞环跟踪控制原理常用 的一 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

8、 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 < i*a ， 且 i*a - 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 = h ，

9、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。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

10、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。SPWM 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，

11、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。、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MA TLAB软件中的 Simulink 和 SimpowerSystems 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：图 2.12.2 触发电路图 2.21图 2.2.2图 2.2.32.3 完整电路及封装图图 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、反馈电路还有显示电路。主 电路图主要是由

12、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 2.3.2三、参数的设置及作图程序设计3.

13、1 课设要求及选用模块仿真参数为： 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 Measurement、 Gain。3.2 模块参数设置3.2.1 Sine Wave 参数设置图 3.2.1上 图 是 Sine Wave1 的参数， Sine Wa

14、ve2 在 Phase 中要设置为 -2*pi/3 ，Sine Wave3的 Phase为-4*pi/3.3.2.2 直流电压源参数设定图 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。3.2.3 RLC 支路参数设定图 3.2.33.2.4 Delay 参数设定图 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） 。Scop

15、e1 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(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

16、.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);subplot(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

17、(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.time,wxd.signals(1).values);title(' A相相电压 ');axis(0,0.02,-180,180);subplot(4,1,2);plot(wxd.time,wxd.s

18、ignals(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 01

19、80v，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); subplot(3,1,3);plot(wxl.time,wxl.signals

20、(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电 流波形， 使用 Powergui 中的 FFT

21、 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、仿真波形图 4.1.1 触 发 脉 冲 波 形图 4.1.2 电 压 波 形图 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 ）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（ THD）为 544.62%。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

22、%。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 4.2.1 触 发 脉 冲 波 形图 4.2.2 电 压 波 形图 4.2.3 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 ）图 4.2.4 相电压频谱图当环宽 2h=26时，输出相电压的基波 （50HZ）的峰值为 37.9 ， 总谐波失真（ THD）为 549.95%，f=0 时的直流分量为 1.56%，谐 波分量较大

23、的有 f=950HZ 时的 78.15%，f=1250HZ 时的 54.16%， f=9550HZ 时的 32.75%。图 4.2.5 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%。图 4.2.6 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

24、 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 频率范围来选择环宽的大小，一般在开关频率允许的条件下，尽 可能地选择小的环宽，这样输出的电流波形质量越高。 采用滞环比较方式的电流跟踪型PWM交流电路有以下特点：（ 1） 主电路图简单，但是触发电路比较庞大，而且实际电路中 的触发电路需要注意的问题更多； （2）与其他电路来说，这个电路更加