基于SPWM 逆變器控制系統的建模與仿真

　　指令傳遞函數:

　　擾動(dòng)傳遞函數:

　　2.2 兩種控制策略的比較

　　逆變器的輸出是對指令響應和擾動(dòng)響應的和，可以從指令傳遞函數和擾動(dòng)傳遞函數兩方面入手，分析比較兩種方案的性能。首先通過(guò)對指令傳遞函數和擾動(dòng)傳遞函數的bode 圖仿真來(lái)比較兩種方案的動(dòng)態(tài)跟蹤性能和擾動(dòng)抑制能力，從而選擇較好的控制方案。

　　在bode 圖仿真時(shí)，系統參數取基波頻率60 Hz ，濾波電感L=1 .1 mH，濾波電容C=20 μF，濾波電感等效電阻r =0.6 Ω，開(kāi)關(guān)頻率20 kHz ，選取KV1 =0.2 ，Ki1 =22 ，KV2 =0.2 ，Ki2 =32 。

圖6 指令傳函的對數幅頻響應曲線(xiàn)

　　通過(guò)圖6 可以比較系統對指令的跟蹤效果，可以看到兩種方案低頻段增益均為1 ，能夠完全復現指令，開(kāi)環(huán)逆變器的諧振峰均被消除，具有良好的指令動(dòng)態(tài)跟蹤性能。

　　既然逆變器輸出是對指令響應和擾動(dòng)響應的綜合，那么只分析逆變器對指令的跟蹤效果是不夠的，還要考慮對擾動(dòng)的抑制能力，擾動(dòng)傳函的對數幅頻響應曲線(xiàn)就能表征這個(gè)能力。

　　通過(guò)圖7 可以看到，由于擾動(dòng)主要位于低頻段，所以通過(guò)這一段的波特圖判斷擾動(dòng)抑制性能，低頻增益越小，表明系統對擾動(dòng)的衰減越厲害，即對擾動(dòng)的抑制效果越好。如圖所示，方案一對7 次以下的諧波均有衰減作用，方案二對5 次以下的諧波均有衰減作用，在60 Hz 處，方案一對基波擾動(dòng)的抑制要好于方案二，這是因為方案二沒(méi)有實(shí)現電感等效電阻解耦，基波在這個(gè)電阻上有壓降，影響了輸出波形。

圖7 擾動(dòng)傳函的對數幅頻響應曲線(xiàn)

　　通過(guò)以上對指令和擾動(dòng)傳遞函數的分析可知，兩種方案對指令的跟蹤能力是很接近的，因此選擇方案的主要依據是它們對擾動(dòng)的抑制能力。方案一通過(guò)前饋而方案二通過(guò)反饋對擾動(dòng)進(jìn)行補償，考慮到反饋電感電流能夠實(shí)現電感等效電阻解耦，故方案一在低頻段的擾動(dòng)抑制能力強于方案二，因此，選擇方案一作為系統的控制結構。

　　3 系統仿真

　　3 .1 系統仿真模型

　　本文在MATLAB 環(huán)境下的Simulink 中建模和仿真。該仿真模型主要分為兩個(gè)部分:主電路和控制器。主電路如圖8 所示，控制器主要由電壓電流反饋環(huán)節、負載電流補償環(huán)節、SPWM 發(fā)生環(huán)節和死區延遲環(huán)節組成。從主電路仿真模型可以看到:在檢驗突加、突減非線(xiàn)性負載時(shí)，用兩個(gè)脈沖波、乘法器和理想開(kāi)關(guān)組成矩形脈沖信號，周期為0.4 s ，在0。2 s 時(shí)突加額定負載，在0.4 s 時(shí)，突減額定負載。系統仿真參數取基波頻率為60 Hz ，直流母線(xiàn)電壓E=400 V，濾波電感L=1 .1 mH，濾波電容C=20 μF，濾波電感等效電阻r=0.6 Ω，開(kāi)關(guān)頻率為20 kHz ，輸出電壓幅值為220 V，輸出額定功率因數cosΦ=0.8 。

圖8 主電路仿真模型