[科普中國(guó)]-單周期控制

概念

單周期控制即OCC(One Cycle Control)。它是90年代初發(fā)展起來(lái)的一種非線性大信號(hào)PWM控制理論，也是一種模擬PWM控制技術(shù)。它通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的占空比，使每個(gè)開(kāi)關(guān)周期中開(kāi)關(guān)變量的平均值嚴(yán)格等于或正比于控制參考量。平均輸入電流跟蹤參考電流且不受負(fù)載電流的約束，即使負(fù)載電流具有很大的諧波也不會(huì)使輸入電流發(fā)生畸變。它屬于電力電子運(yùn)用的范疇。

因而將單周期控制技術(shù)應(yīng)用于三相整流器中可以實(shí)現(xiàn)低電流畸變和高功率因數(shù)，這種控制方法取消了傳統(tǒng)控制方法中的乘法器，使整個(gè)控制電路的復(fù)雜程度降低，具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、開(kāi)關(guān)頻率恒定、魯棒性強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，是一種很好的控制方法。

其大多數(shù)采取的控制方案是首先通過(guò)線性化控制方程逼近這個(gè)非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，然后采用線性反饋技術(shù)進(jìn)行控制。這種方法限制了開(kāi)關(guān)非線性系統(tǒng)的功能。而單周控制沒(méi)有這種限制，因而得到廣泛認(rèn)可1。

基本原理為對(duì)單周期控制技術(shù)進(jìn)行說(shuō)明，現(xiàn)以單周期控制降壓變換器為例進(jìn)行說(shuō)明。

圖中，電路工作時(shí)，由控制器以恒定頻率產(chǎn)生開(kāi)通脈沖開(kāi)通開(kāi)關(guān)S，二極管VD的電壓VS經(jīng)積分器后輸出電壓Vinf，當(dāng)Vinf達(dá)到給定電壓Vref時(shí)比較器輸出翻轉(zhuǎn)，控制器發(fā)出關(guān)斷信號(hào)關(guān)斷開(kāi)關(guān)S；與此同時(shí)，控制器發(fā)出的復(fù)位信號(hào)使實(shí)時(shí)積分器復(fù)位至零，為下一周期做好準(zhǔn)備?？梢钥闯觯祲鹤儞Q器的輸出電壓是二極管電壓的平均值，即被開(kāi)關(guān)周期斷開(kāi)的二極管電壓波形曲線下的面積：

如果給定信號(hào)Vref為常數(shù)，二極管的平均電壓VS就為常數(shù)，從而輸出電壓就為常數(shù)。積分值連續(xù)的與恒定的控制參考量相比較，如果輸入電壓變高，積分值能很快達(dá)到控制參考量，占空比隨之變?。蝗糨斎腚妷航档?，則占空比將變大。如果控制參考量是變化的，那么在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，二極管電壓的平均值等于變化的控制參考量，輸出電壓等于控制參考量。控制參考量在每個(gè)階躍期間內(nèi)改變它的值，二極管電壓的積分值會(huì)立即跟蹤控制參考量，對(duì)于這個(gè)控制原理，占空比d由下式確定。

可見(jiàn)，占空比d是輸入電壓Vg和給定電壓Vref的非線性函數(shù)。因此這種控制方式屬非線性控制。由于這種非線性控制，使得VS的電壓平均值在每一開(kāi)關(guān)周期內(nèi)都與Vref完全相同，并且與輸入電壓Vg無(wú)關(guān)。這樣，輸出電壓V0便是給定電壓Vref的線性函數(shù)2：

特點(diǎn)及運(yùn)用1 將單周期控制技術(shù)應(yīng)用于三相整流器中可以實(shí)現(xiàn)低電流畸變和高功率因數(shù)，這種控制方法取消了傳統(tǒng)控制方法中的乘法器，使整個(gè)控制電路的復(fù)雜程度降低，具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、開(kāi)關(guān)頻率恒定、魯棒性強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，是一種很好的控制方法。

2 單周期控制是一種實(shí)用的非線性控制,它可以抑制輸入電壓的擾動(dòng),使系統(tǒng)具有良好的跟隨特性和較強(qiáng)的抗擾動(dòng)性,同時(shí),控制電路變得簡(jiǎn)單可靠,系統(tǒng)的體積大為縮小。單周期用在SPWM電路中,可提高輸出電壓瞬態(tài)響應(yīng)的速度和穩(wěn)定度,改善逆變器的性能。

3 單周期控制具有對(duì)外部干擾響應(yīng)速度快，控制過(guò)程無(wú)過(guò)沖特點(diǎn)。將其應(yīng)用到單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)逆變器的控制中，可提高逆變器的抗干擾能力。