《逆变器控制》讲义

Jack2009/6/1逆变器控制原理2主要内容•自动控制原理的基础知识——动态和稳态特性•逆变器的动态和稳态特性3自动控制原理的基础知识1.控制的要求1)稳定性稳定性是控制的最基本要求，只有稳定的系统才能长久地正常工作2)准确性要求系统的稳态误差为零或足够小3)快速性要求系统的响应速度快、过渡时间短、超调量小4自动控制原理的基础知识2.描述系统的性能1）动态特性2）稳态特性5自动控制原理的基础知识1）动态特性一般认为阶跃输入对系统是最严峻的工作状态，如果系统在阶跃作用下能满足动态性能的要求，则在其他输入形式下也能满足其动态性能的要求。所以，系统的动态性能指标是在单位阶越函数作用下测定或计算的6自动控制原理的基础知识1）动态特性下图是二阶系统的单位阶越响应曲线0h(t)th（超调量延迟时间上升时间峰值时间调节时间稳态误差（t→8）单位阶跃响应）0.9h（）0.5h（）0.1h（）7%100)()()(%hhtph0h(t)th（超调量延迟时间上升时间峰值时间调节时间稳态误差（t→8）单位阶跃响应）0.9h（）0.5h（）0.1h（）动态性能指标延迟时间：指单位阶跃响应曲线上升直到其稳态值的50%所需的时间；上升时间：指单位阶跃响应曲线从其稳态值的10%上升到90%所需的时间；峰值时间：指单位阶跃响应曲线超过其稳态值而达到第一个峰值所需要的时间；超调量:指响应过程中，超出稳态值的最大偏移量与稳态值之比，即)(th)(th)(th%dtrtpt调节时间：在单位阶跃响应曲线的稳态值附近，取（有时也取）作为误差带，曲线达到并不在超出该误差带的最小时间，称为调节时间；st%5%28自动控制原理的基础知识1）动态特性上述5个动态性能指标可以体现系统动态过程的特征。通常，用上升时间tr和峰值时间tp评价系统的响应速度；用超调量σ％评价系统的阻尼程度；而调节时间ts是同时反映响应速度和阻尼程度的综合性指标。0h(t)th（超调量延迟时间上升时间峰值时间调节时间稳态误差（t→8）单位阶跃响应）0.9h（）0.5h（）0.1h（）9自动控制原理的基础知识2）稳态特性稳态误差是描述系统稳态特性的一种指标，是系统输出量的期望值与实际值的差)(sR)(sC)(sG)(sH)(sE)(sG控制系统框图)()()()(sCsHsRsE1)(sH)(sR如果则输出量的期望值，即为输入量10自动控制原理的基础知识2）稳态特性闭环控制系统的稳态误差ess：)(sR)(sC)(sG)(sH)(sE)(sG)()(1)(lim)(lim)(00sGsHssRssEeessssss控制系统框图G(s)H(s)1R(s)E(s)s)E(s)G(s)H(R(s)C(s)H(s)R(s))s(E若sE(s)的极点在s平面左半边，则112.3ACOutputPowerCapacity2000VA/2000WWaveformPuresinewavePowerfactor1.0Nominaloutputvoltage110/115/120Vacor208/220/230/240VacVoltageregulation±2%Outputfrequency50/60HzFrequencyvariation±0.5%FrequencysettingManually,fieldselectableCrestfactor3:1THD3%forlinearload,5%fornon-linearloadCapacitive/inductiveload-1.0to+1.0withoutexceedingpermissibledistortionforresistiveloadEfficiency91%for230Vacmodel90.5%for120VacmodelCurrentlimitationElectroniccurrentlimitationatoverloadsandshortcircuits.IsolationAC-enclosureBasicisolation(Pri-Gnd)2121Vdc/1minIsolationAC-DCReinforcedisolation(Pri-Sec)4242Vdc/1minSurgeprotectionEN61000-4-5.TelcordiaGR-1089CoreANSIC62.41-IEEE,STD587-1980Dynamicresponse±10%,accordingtoIEC62040-3class1Overloadprotection1.2xInompermanentoverloadcapacity@30°C1.5xInom≧10s2xInom≧5s那些指标是动态指标？那些是稳态指标？12内容1.自动控制原理的基础知识2.逆变器模型13KeyLCDUSB126127CAN2.0BCANTXCANRXAnalogInput+3.3V80a11a223a34a4b1b2b3b4567824C02GND3.3VGND5554MFanSYN/TRG910142138PARALLELPART3421PWM1~462646567INV.VINV.I10889PIDControlBUSVBATVOPVOPIINVDCSYN-RXSYN-TXTRG-TXTRG-RX104889490106TEMP105OP.ZEROINV.ZERO1401412895OFFOP.RLY7548BUSCTRLProtectionControlADSAMPLEFilterBAT+BAT-QAQCQBQDTXD1D2D3D4DC-DC+12V-12V+5VQ1Q3Q2Q4LCFilterCT1EMIFilterOP.LOP.NOP.RELAYDC-ACBUSBUS-NSSBAT-DETMC56F8356RESET86102...27144GNDIGBT-DRIVER...45RS-232TXDRXDRS+5VRSGNDFUSESPS2845BcontrolIP.RLY722895EEPROM331768MFan118FAN1.DETFAN2.DETFAN3.DETFAN4.DET59FAN-SPDSD-FAN9110976IGBTDIODEENVMOSSW111LED25266013413513613714132046293032133D4D5D6D7WRRDA0LIGHTD0D1D2D347REST23242122UPDOWNESCENTERACIN.V93ACIN.ZERO93BF.RELAY93CT2AC.NAC.LBF.RELAY2895-OFF112914逆变器模型LCn/1RCLC21.系统由四部分组成：BUS电容+逆变器+LC低通滤波器+负载2.调制信号到电容电压的传递函数为：()1)/()(20sRLLCsKsGpwm逆变器物理模型tdcpwmVVK自然频率阻尼比1)(20LCsKsGpwm3.空载，传函为：阻尼比=0等幅振荡Q1Q3Q2Q4LCFilterCT1EMIFilterOP.LOP.NOP.RELAYDC-ACBUSCT215自动控制系统结构方框图控制单元执行单元控制对象测量单元u(t)q(t)y(t)b(t)r(t)e(t)+-e(t)——偏差信号e(t)=r(t)-b(t)y(t)——被控量u(t)——控制量d(t)——扰动量d(t)一个典型控制系统的结构框图16控制单元执行单元控制对象测量单元u(t)q(t)y(t)b(t)r(t)e(t)+-d(t)一个典型控制系统的结构框图Q1Q3Q2Q4LCFilterCT1EMIFilterOP.LOP.NOP.RELAYDC-ACBUSCT217逆变器模型1)/(2sRLLCsCsKpwmCs1iKvKrefvoutvmv阻尼比)22(1LLCKKRCLCKKKpwmipwmiv1])/[(2pwmivpwmipwmivrefoutKKKsCKKRLLCsKKKsVsV闭环传函二阶18•（1）动态特性•逆变控制系统是一个典型的二阶系统：•a:开环情况下，滤波电感和电容大小的乘积LC决定了系统的自然频率，提高自然频率，可使系统的响应速度较快。•b:当LC确定后，增益可用来调整系统的阻尼比，以获得期望的动态特性。另外，LC一定的情况下，L越大，系统的阻尼比越小。•c:增益可以改变闭环系统的自然频率，因此它的大小也影响系统的响应速度。LCn/1RCLC21)/()(20sRLLCsKsGpwm自然频率阻尼比阻尼比)22(1LLCKKRCLCKKKpwmipwmiv1])/[(2pwmivpwmipwmivrefoutKKKsCKKRLLCsKKKsVsV闭环传函19•（2）稳态特性•对于单位阶跃响应而言，上述逆变控制系统的稳态误差为：•（12）•可见系统稳态误差直接由增益Kv和Ki决定。Kv和Ki越大，稳态误差越小。11pwmivssKKKe20Theend