电流滞环跟踪PWM(CHBPWM)控制技术的仿真

的仿真

摘要：电流滞环跟踪

PWM(CHBPWM)控制技术的仿真所采用的器件简

单，利用simulink工具分析了在电流跟踪控制中采用滞环宽度并讨论了滞环宽度与开关频率和控制精度之间的关系，给出了各波形。

关键词：电流滞环控制 脉宽控制 滞环宽度控制法 一、前言

应用PWM控制技术的变压变频器一般都是电压源型的，它可以按需要方便地控制其输出电压，为此前面两小节所述的PWM控制技术都是以输出电压近似正弦波为目标的。但是，在电流电机中，实际需要保证的应该是正弦波电流，因为在交流电机绕组中只有通入三相平衡的正弦电流才能使合成的电磁转矩为恒定值，不含脉动分量。因此，若能对电流实行闭环控制，以保证其正弦波形，显然将比电压开环控制能够获得更好的性能。 二、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 PWM 变压变频器的A相控制原理如1图所示。

图1 电流滞环跟踪控制的A相原理图

图中，电流控制器是带滞环的比较器，环宽为2h。将给定电流 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 ，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。

图3 三相电流跟踪型PWM逆变电路

图4 三相电流跟踪型PWM逆变电路输出波形

因此，输出相电压波形呈PWM状，但与两侧窄中间宽的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，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，或者在局部范围内开关频率，但这样对电流波形都会产生影响。

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） 硬件电路简单；

（2） 属于事实控制方式，电流反应快；

（3） 不需要载波，输出电压波形中不含有特定频率的谐波分量； （4） 和计算法及调制法相比，相同开关频率时输出电流中高次谐波

含量较多；

（5） 属于闭环控制，这是各种跟踪型PWM交流电路的共同特点。

三：三相电流的滞环跟踪控制的simulink的仿真

三相电流跟踪型PWM逆变电路：

主电路subsystem内部图：

封装主电路：

Simulink仿真时间参数设置：

示波器设置： 负载设置：

滞环设置：

直流电源：

给定正弦信号波：

反馈参数设置：

在MATLAB中使用subplot作图： 触发脉冲

subplot(6,1,1);

plot(ScopeData2.time,ScopeData2.signals(1).values,'r'); title('触发脉冲1');grid;axis([0,0.02,0,3]); subplot(6,1,2);

plot(ScopeData2.time,ScopeData2.signals(2).values,'r'); title('触发脉冲2');grid;axis([0,0.02,0,3]); subplot(6,1,3);

plot(ScopeData2.time,ScopeData2.signals(3).values,'r'); title('触发脉冲3');grid;axis([0,0.02,0,3]); subplot(6,1,4);

plot(ScopeData2.time,ScopeData2.signals(4).values,'r'); title('触发脉冲4');grid;axis([0,0.02,0,3]); subplot(6,1,5);

plot(ScopeData2.time,ScopeData2.signals(5).values,'r'); title('触发脉冲5');grid;axis([0,0.02,0,3]); subplot(6,1,6);

plot(ScopeData2.time,ScopeData2.signals(6).values,'r'); title('触发脉冲6');grid;axis([0,0.02,0,3]);

电流置换跟踪控制相电流

subplot(3,1,1);

plot(ScopeData1.time,ScopeData1.signals(1).values,'k'); title('电流滞环跟踪控制A相电流

');grid;axis([0,0.04,-25,25]);grid on; subplot(3,1,2);

plot(ScopeData1.time,ScopeData1.signals(2).values,'k'); title('电流滞环跟踪控制B相电流

');grid;axis([0,0.04,-25,25]);grid on; subplot(3,1,3);

plot(ScopeData1.time,ScopeData1.signals(3).values,'k'); title('电流滞环跟踪控制C相电流

');grid;axis([0,0.04,-25,25]);grid on;

电流滞环跟踪控制电压

subplot(4,1,1);

plot(ScopeData.time,ScopeData.signals(1).values,'k'); title('电流滞环跟踪控制A相相电压

');grid;axis([0,0.02,-220,220]);grid on; subplot(4,1,2);

plot(ScopeData.time,ScopeData.signals(2).values,'k'); title('电流滞环跟踪控制B相相电压

');grid;axis([0,0.02,-220,220]);grid on; subplot(4,1,3);

plot(ScopeData.time,ScopeData.signals(3).values,'k'); title('电流滞环跟踪控制C相相电压

');grid;axis([0,0.02,-220,220]);grid on; subplot(4,1,4);

plot(ScopeData.time,ScopeData.signals(4).values,'k'); title('电流滞环跟踪控制BC相相电压

');grid;axis([0,0.02,-440,440]);grid on

四．各仿真波形

（1）当滞环脉宽2h=5时的仿真结果

触发脉冲波形

电流波形

电压波形

相电压相电压频谱图

当滞环脉宽2h=10时的仿真结果 触发脉冲波形

电流波形

电压波形

相电压线电压频谱图

五，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。

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） 硬件电路简单；

（2） 属于事实控制方式，电流反应快；

（3） 不需要载波，输出电压波形中不含有特定频率的谐波分量； （4） 和计算法及调制法相比，相同开关频率时输出电流中高次谐波

含量较多；

（5） 属于闭环控制，这是各种跟踪型PWM交流电路的共同特点。

六、心得体会

这次的课程设计让我了解到了MATLAB这个软件强大的科学计算能力，让我掌握了MATLAB简单易用的编程语言，让我体验到了MATLAB友好的工作平台和编程环境。这个的课程设计让我了解了MATLAB的一般操作步骤，能比较熟练地运用MATLAB对电路原理中的一些问题进行仿真，并能够用一些简单的画图函数生成仿真的图像。

通过了本次课程设计，我学会了使用simulink来解决一些电力电子仿真，一道很基础简单的电力电子题目，让我对一款很软件有了一个比较系统的认识，这对我以后的学习和研究会产生很好的影响。本来一个复杂的系统，通过simulink仿真可以很快的知道结果，同时可以对系统的一些参数进行调节可以得到跟好的仿真结果，这对研究复杂系统起到了很好的辅助作用，对复杂系统参数的选定也起到了很大的作用。这一切都让我对这款软件产生了极高的好感。

总而言之，使我对matlab有了更加深入的理解，它在自动化等电子专业中的应用是如此广泛，而对于本专业来说更是一个不可或缺的工具。我相信，通过对matlab的加强学习对以后专业知识的学习一定有更加大的帮助。

七，参考文献

1，黄忠霖 黄京《 控制系统MATLAB计算机及仿真》（第3版）北京：国防工业出版社，2009

2，王兆安 黄俊 主编 《电力电子技术》（第4版）北京：机械工业出版社，2002

3,刘卫国 主编 《MATLAB程序设计与应用》（第2 版）北京：高等教

育出版社，2006

4，洪乃刚 主编 《电力电子，电机控制系统的建模和仿真》北京：机械工业出版社，2002