SPWM波控制逆變器雙閉環(huán)PID調(diào)節(jié)器的建模與仿真

圖5 單相逆變器主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

其中，B1、B2、B3、B4分別代表四相SPWM波形驅(qū)動波形，+BUS、0分別表示圖1中的Ud/2和N,C1和C2之間的電壓即位圖1中的U1。3.2 負(fù)載電路建模

負(fù)載分為阻性載和整流載，為了更好的驗證PID調(diào)節(jié)器的性能，在此假定整流載和阻性載同時存在，然后中間用開關(guān)來控制所帶的負(fù)載特性。負(fù)載建模如圖6所示。

圖6 負(fù)載(阻性載和整流載可選)

當(dāng)手動開關(guān)位于1時，負(fù)載特性為整流載。反之，當(dāng)手動開關(guān)位于0時，負(fù)載特性為阻性載。圖6中，D1為開關(guān)信號，D2、D3為連接到輸出端的連接端口。

3.3 閉環(huán)控制電路以及輸出電路建模

閉環(huán)控制電路的模型如圖7所示。圖7中；模擬示波器1中的1端口為輸出端C1和C2未經(jīng)過電容濾波而得到的輸出電壓，2端口為輸出端C1和C2經(jīng)過電容濾波后得到的輸出電壓，3端口為輸出電壓經(jīng)過一個增益器之后所得到的對應(yīng)的輸出電壓，4端口為系統(tǒng)輸出電流，5端口為控制負(fù)載特性選擇的開關(guān)信號。仿真波形如圖8所示。

圖7 閉環(huán)控制電路

圖8 輸出端口電壓仿真波形根據(jù)圖4提出的控制策略，輸出電壓經(jīng)過一個均值器之后與系統(tǒng)所要求得到的信號進(jìn)行比較，比較后的差值經(jīng)過PID調(diào)節(jié)(電壓瞬時內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié))，同理，可以建立電壓均值外環(huán)控制模型。

在上述模擬示波器2中，1端口為第一次PID調(diào)節(jié)器之前的差值Errorl,仿真波形如圖9所示。

圖9 經(jīng)過PID調(diào)節(jié)器之前的差值信息波形

通過圖8,可以很明顯的看到，當(dāng)負(fù)載特性發(fā)生變化時，電流波形和輸出電壓波形會發(fā)生明顯的變化。當(dāng)負(fù)載為阻性載時，輸出電壓電流均為正弦信號。當(dāng)負(fù)載為整流載時，輸出電壓電流信號出現(xiàn)一定的失真。

如圖9所示，在最開始進(jìn)入調(diào)節(jié)器時，輸出電壓與實(shí)際要求的電壓差值很大，但在閉環(huán)中，經(jīng)過PID的多次調(diào)節(jié)之后，可以很清楚的看到最后兩者之間的差值穩(wěn)定趨近于0.從開始到最后趨近于0的整個動態(tài)過程反應(yīng)了PID調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)快慢，穩(wěn)定等參數(shù)，從上圖可以清楚的看出此調(diào)節(jié)器的魯棒性強(qiáng)，動態(tài)響應(yīng)快。

4 將建模思想移植到實(shí)際電路中

建模的目的主要是為了驗證設(shè)計的方案是否可行，如果可行，便可以設(shè)計硬件電路來實(shí)現(xiàn)此方案，可以花最少的代價來完成控制器的設(shè)計。

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根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗修改PID的參數(shù)，使輸出能夠在最快最穩(wěn)的情況下達(dá)到預(yù)定值。

通過實(shí)際的調(diào)試，瞬時環(huán)中：P=0.6,I=0.04,均值環(huán)中，P=0.3,I=0.072,D=0.001.此時系統(tǒng)穩(wěn)定，實(shí)際的輸出波形如圖10所示。

圖10 實(shí)際電路中輸出電壓與電流信號

實(shí)際要求輸出電壓為220V,負(fù)載采用的是整流載。上圖是阻性載往整流載切換時的輸出電壓與輸出電流波形圖。