单相逆变器仿真-电源仿真软件设计-世纪电源网社区

shiyongxie

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2022-7-12 21:42:14

最近做了一些单相逆变器的仿真，希望在这分享讨论一下，这次选用的的是最简单的电路拓扑，本贴暂时不讨论LCL设计（不过提到的方法也可以用在LCL的设计中），这里使用的到的软件是mathematica 及 plecs，软件下载可以通过https://shareappscrack.com/这个网站搜索获取。本贴涉及的电路参数没有经过实际电路验证，如果要应用到实际电路中，可能有问题。本贴主要讨论以下做的几个方面内容

单相逆变器模型
PI控制器设计
PR控制器设计
VSI仿真

5.数值控制器设计

使用的电路模型如图所示，设定Vm为控制器输出，三角波赋值为±1V，控制对象为电感电流IL，这里定义V_ab为全桥中点开关周期内的平均电压，母线电压为Vin。按照以上的设计逆变器输控制到Vab电压的传递函数表达为：
V_ab=Vin/Vm

IL=V_ab/(sL+R) so
IL/Vm=Vin/(sL+R)

假设使用PI控制器
设定开关频率为10k，系统穿越频率为1k，在PI控制器转折频率设定在穿越频率上，求出PI参数

根据计算结果设置控制器

仿真结果

可以看出使用PI控制器，是无法完全跟踪正弦信号，无论相位和幅值，都与给定信号有差别。
对于正弦函数sin(wt)对其进行拉普拉斯变换：

所以，对于采用PI控制器，控制的逆变器，系统的误差函数为：
Es=

误差函数有两个落在虚轴上的极点，所以误差函数没有终值（不收敛，有界但不发散），PI控制器是无法完全跟踪正弦输入信号的
所以需要使用其他类型的控制器，来满足要求。
未完待续~~~

收藏5

		2 shiyongxie shiyongxie 离线 LV6 高级工程师积分：1814 \| 主题：8 \| 帖子：184 访问空间发消息积分:1814 LV6 高级工程师 2022-7-13 12:29:59 倒数9
		根据上面提到误差函数，导致PI控制器无法完全跟踪输入信号的是输入函数包含1/（s²+w²）, 所以可以控制函数需要抵消掉这一项，这样误差函数就不会存在虚轴上的极点微信截图_20220714112541.png (15.6 KB, 下载次数: 27) 下载附件 2022-7-14 11:26 上传这样利用根据终值定理容易计算的稳态误差为0 设计穿越频率：按照上面提到的设计思路，在mathematica上计算Kp和Kr，设计开关频率为1k，kp/（kr×2Π）=0.5 fc（这个条件会影响低频增益）微信截图_20220714111946.png (53.65 KB, 下载次数: 32) 下载附件 2022-7-14 11:29 上传按照上述计算的数据带入仿真电路对比PI和PR 微信截图_20220714120242.png (76.27 KB, 下载次数: 27) 下载附件 2022-7-14 12:03 上传电感电流，与给定电流微信截图_20220714120319.png (56.82 KB, 下载次数: 25) 下载附件 2022-7-14 12:03 上传电感电流基波幅值，相位与给定数据对比 PR控制器是可以比较好地跟踪给定信号，PI控制器是有一定的相位差的回复 \| 举报 \|

		3 shiyongxie shiyongxie 离线 LV6 高级工程师积分：1814 \| 主题：8 \| 帖子：184 访问空间发消息积分:1814 LV6 高级工程师 2022-7-31 13:54:15 倒数8
		微信截图_20220731135328.png (62.76 KB, 下载次数: 29) 下载附件 2022-7-31 13:53 上传 Ctrl+E 打开设置，设置对应的参数微信截图_20220731134840.png (26.12 KB, 下载次数: 30) 下载附件 2022-7-31 13:51 上传上传模型仿真的截图微信截图_20220731134941.png (47.21 KB, 下载次数: 33) 下载附件 2022-7-31 13:51 上传微信截图_20220731135119.png (41.68 KB, 下载次数: 30) 下载附件 2022-7-31 13:51 上传 single_phase_inverter_pi_pr_control.rar 2022-7-31 13:45 上传点击文件名下载附件下载积分: 财富 -2 3.4 KB, 下载次数: 12, 下载积分: 财富 -2 回复 \| 举报 \|

			10 MMM123456 MMM123456 离线 LV6 高级工程师积分：722 \| 主题：5 \| 帖子：22 访问空间发消息积分:722 LV6 高级工程师最新回复 2022-12-26 22:19:58 倒数1
			仿真波形过零处波形很光滑回复 \| 举报 \|

		4 shiyongxie shiyongxie 离线 LV6 高级工程师积分：1814 \| 主题：8 \| 帖子：184 访问空间发消息积分:1814 LV6 高级工程师 2022-7-31 14:51:35 倒数7
		下一步做一个VSI的仿真微信截图_20220731144024.png (45.78 KB, 下载次数: 33) 下载附件 2022-7-31 14:42 上传 PR控制器的电压和电流环的Kp 和Kr的设置按照以下方法：方法参考 https://www.youtube.com/watch?v=tzyHO3AEe60 假设电压环的时间常数Tc_v，例如设置为200uS kp_v=Tc_V/C kr 设置为：微信截图_20220731144952.png (96.56 KB, 下载次数: 29) 下载附件 2022-7-31 14:50 上传也就是选择谐振点增益，就可以求出kr需要的值类似地，电流环参数设置为：设置为150uS kp_i=Tc_i/L 微信截图_20220731151639.png (31.61 KB, 下载次数: 33) 下载附件 2022-7-31 15:18 上传按照以上将设置的参数编写到对应的设定中有仿真的结果如下微信截图_20220731144158.png (39.12 KB, 下载次数: 29) 下载附件 2022-7-31 14:42 上传 single_phase_inverter VSI PR control.rar 2022-7-31 15:20 上传点击文件名下载附件下载积分: 财富 -2 3.12 KB, 下载次数: 14, 下载积分: 财富 -2 回复 \| 举报 \|

		5 shiyongxie shiyongxie 离线 LV6 高级工程师积分：1814 \| 主题：8 \| 帖子：184 访问空间发消息积分:1814 LV6 高级工程师 2022-7-31 15:27:38 倒数6
		以上的设计基于连续模型，真实使用MCU或者数字控制器需要对控制器的传递函数进行离散化。PR控制器的离散化已经有大神搞出来，这里只做应用。先贴出一下参考资料。微信截图_20220731153126.png (251.22 KB, 下载次数: 28) 下载附件 2022-7-31 15:33 上传参考资料对RP和PRI两种控制器都做了离散化，因为之前我做仿真用的是第一个控制器所以就不讨论PRI了，实现PRI和PR大同小异。这里就不讨论：微信截图_20220731153322.png (384.51 KB, 下载次数: 32) 下载附件 2022-7-31 15:33 上传离散化推导结果已经给出了，仿真使用零阶保持器的方法微信截图_20220731160014.png (17.05 KB, 下载次数: 24) 下载附件 2022-7-31 16:00 上传 [IEEE Transactions on Power Electronics 2012-dec vol. 27 iss. 12] Yepes, A. G._ .pdf 2022-7-31 15:27 上传点击文件名下载附件下载积分: 财富 -2 179.22 KB, 下载次数: 11, 下载积分: 财富 -2 [IEEE Transactions on Power Electronics 2010-jul vol. 25 iss. 7] Yepes, Alejandr.pdf 2022-7-31 15:27 上传点击文件名下载附件下载积分: 财富 -2 3.78 MB, 下载次数: 12, 下载积分: 财富 -2 回复 \| 举报 \|

		6 zajzaj111 zajzaj111 离线 LV6 高级工程师积分：401 \| 主题：0 \| 帖子：36 访问空间发消息积分:401 LV6 高级工程师 2022-8-3 17:35:09 倒数5
		经验是：数学方法加入的越多电源特性越差搞好摸清趋势后控制上直接跳系数是最好的方法回复 \| 举报 \|

			7 shiyongxie shiyongxie 离线 LV6 高级工程师积分：1814 \| 主题：8 \| 帖子：184 访问空间发消息积分:1814 LV6 高级工程师 2022-8-4 16:56:15 倒数4
			你说的可能是对的，只是有前提前，就是控制器一开始就是已经选择对了，或者整个控制环路本身没有问题。简单例子：通过控制环路去消除峰值电流控制的次谐波振动问题，或者用PI控制器去消除逆变器的稳态误差，通过直接调整参数我觉得不可取回复 \| 举报 \|

		8 flymaco flymaco 离线 LV8 副总工程师积分：2688 \| 主题：4 \| 帖子：46 访问空间发消息积分:2688 LV8 副总工程师 2022-9-15 14:08:32 倒数3
		感谢楼主分享~~ 回复 \| 举报 \|

		9 woweiwoxin woweiwoxin 离线 LV6 高级工程师积分：849 \| 主题：0 \| 帖子：115 访问空间发消息积分:849 LV6 高级工程师 2022-9-28 16:05:46 倒数2
		mathematica 计算书能分享一下吗？之前用的是mathcad 回复 \| 举报 \|