基于SPWM 逆變器控制系統(tǒng)的建模與仿真

　　指令傳遞函數(shù):

　　擾動傳遞函數(shù):

　　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響應的和，可以從指令傳遞函數(shù)和擾動傳遞函數(shù)兩方面入手，分析比較兩種方案的性能。首先通過對指令傳遞函數(shù)和擾動傳遞函數(shù)的bode 圖仿真來比較兩種方案的動態(tài)跟蹤性能和擾動抑制能力，從而選擇較好的控制方案。

　　在bode 圖仿真時，系統(tǒng)參數(shù)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，開關頻率20 kHz ，選取KV1 =0.2 ，Ki1 =22 ，KV2 =0.2 ，Ki2 =32 。

圖6 指令傳函的對數(shù)幅頻響應曲線

　　通過圖6 可以比較系統(tǒng)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(xiàn)指令，開環(huán)逆變器的諧振峰均被消除，具有良好的指令動態(tài)跟蹤性能。

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

　　通過圖7 可以看到，由于擾動主要位于低頻段，所以通過這一段的波特圖判斷擾動抑制性能，低頻增益越小，表明系統(tǒng)對擾動的衰減越厲害，即對擾動的抑制效果越好。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，方案一對基波擾動的抑制要好于方案二，這是因為方案二沒有實現(xiàn)電感等效電阻解耦，基波在這個電阻上有壓降，影響了輸出波形。

圖7 擾動傳函的對數(shù)幅頻響應曲線

　　通過以上對指令和擾動傳遞函數(shù)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(jù)是它們對擾動的抑制能力。方案一通過前饋而方案二通過反饋對擾動進行補償，考慮到反饋電感電流能夠實現(xiàn)電感等效電阻解耦，故方案一在低頻段的擾動抑制能力強于方案二，因此，選擇方案一作為系統(tǒng)的控制結構。

　　3 系統(tǒng)仿真

　　3 .1 系統(tǒng)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(jié)、負載電流補償環(huán)節(jié)、SPWM 發(fā)生環(huán)節(jié)和死區(qū)延遲環(huán)節(jié)組成。從主電路仿真模型可以看到:在檢驗突加、突減非線性負載時，用兩個脈沖波、乘法器和理想開關組成矩形脈沖信號，周期為0.4 s ，在0。2 s 時突加額定負載，在0.4 s 時，突減額定負載。系統(tǒng)仿真參數(shù)取基波頻率為60 Hz ，直流母線電壓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，開關頻率為20 kHz ，輸出電壓幅值為220 V，輸出額定功率因數(shù)cosΦ=0.8 。

圖8 主電路仿真模型