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基于主从结构的微电网综合控制策略研究
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5第三章 dc-dc变换器控制系统设计.ppt 103页
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* * * * * * 补偿前，加入输入交流整流滤波后存在1V100Hz的波动，如果没有补偿，则由Gvg(0)=D=15/24，所以输出纹波应为0.536V。 补偿后，变为0.536/8.6=0.062V。 * PID控制器的设计可以通过直观地观测阶跃响应来判断系统特性。比例环节影响环路增益；积分环节增加低频增益并减小稳态误差，但会带来相位滞后影响系统稳定；微分环节通过引入超前相位改善系统稳定度并增加带宽，但可能会导致过程。 几种调节方法：Ziegler-Nichols, Cohen-Coon等 * 为保证相同的交越频率，因此其中fz和fp保持不变。 反零点仅提高系统的直流增益，且远小于fz、fp，因此其不会对交越频率造成影响。 既然交越频率为5kHz，我们取fL为交越频率的1/10，即需要低于500Hz下反零点起作用。因此100Hz处的衰减指为： 18.7+20log(100/500)=32.7dB，即100Hz的交变电压1V衰减为12mV
* * * 传递函数的仪器测量方式是为了验证所建模型的正确性以设计更加可靠的控制器。测量方式也可得到系统自身的EMI和噪声干扰问题，这些都不会在系统建模中受到重视。 * * * * * * * * 本课程所研究的是小信号模型基础上的稳定性分析，因此只能做到小信号稳定(局部)，而不是大信号稳定(全局)。 调节器高增益会实现一个非常小的误差信号就可得到稳定的输出。 PD控制器（超前补偿）可以增加相位裕度、扩展反馈环节的带宽、改善系统的高频特性； PI控制器（滞后补偿）可以增加低频环路增益、减小稳态误差、改善系统的低频特性。 * 上式表示了各种扰动与输出电压扰动之间的比例关系，如果已知每个传递函数的增益，也就可以得知在最大扰动量下得到的输出电压最大波动值。 * 负反馈可以减小iload与vg等对输出v的影响。在直流变换器中Vref是一个常数，而在逆变器中Vref是一个交流变量。对上页系统加入反馈。 * T(s)叫做环路增益。上式表示前馈环路、反馈环路是如何影响系统的传递函数和性能的。下面将详述之。 * 可见，如果环路增益足够大，则参考输入与输出关系为一常数，因此只需保证反馈电路采用精密电阻的话，就能够消除参考输入对输出的影响。同时如果保证Vref精确，则输出也同样精确。 * * 可以看出，低频时，T&&1，工作良好；高频时，T&&1，参考输入-输出不能对扰动免疫，如上式所示。 * 对于输入－输出传递函数，加入反馈后幅值缩小||T||倍，我们需要在20～120Hz内，缩小至少要20倍-&26dB。对于输出阻抗同理。 在高频处（高于交越频率）后，反馈环节对扰动不再产生影响。 * 一个设计错误的反馈环节很可能使原本稳定的开环系统变得不稳定，无论是对于具有或不具有RHP极点的系统。在工作点上由其引起的振荡时有发生，因此，设计一个良好的反馈环节， 不仅要避免振荡，而且要抑制暂态过程中的振铃和过高超调量显得十分重要。 对于一个不稳定系统，其传递函数必然存在RHP极点。 * 如果幅频特性仅有1个交越点而且T(s)没有RHP极点，那么当其相位裕度&0时，T/(1+T)和1/(1+T)没有RHP极点。因此可用T(s)来分析闭环系统的稳定性。 当有2个以上交越点时，相位裕度方法就不能清晰的进行分析，如果T(s)包含RHP极点，则相位裕度方法就不再适用了。 * * 可以看出，当f2-&无穷大时，相位裕度接近于90度；f2-&0时，相位裕度接近于0度。因此随着f2的减小，相位裕度在减小。 * 可以看出，当相角裕度接近于0时，会产生非常大的Q值。 从另一个角度考虑，当相角裕度接近与0时，T(jw)接近于-1，因此T/(1+T)非常大，即非常小的扰动会产生一个非常大的输出变化。 * 可以看出，当相角裕度接近于0时，会产生非常大的Q值。 从另一个角度考虑，当相角裕度接近与0时，T(jw)接近于-1，因此T/(1+T)非常大，即非常小的扰动会产生一个非常大的输出变化。 当然，当系统存在三个以上极点时，就不能简单的用Q的大小来说明相角裕度的作用了。 尽管如此，我们仍然可以说大的相角裕度将减小系统的闭环响应超调值。 * * 最常用的是串联校正，在频域中设计校正装置实质是一种配置系统滤波特性的方法。如果超过某个频率范围，输出阻抗的大小将超过限制，因此就要求闭环函数增益T必须在这个频率范围内的幅值足够大。
* 超前校正的基本原理是利用超前校正网络的相角超前特性去增大系统的相角裕度，以改善系统的暂态特性。 高频段，PD表现为D，即对误差信号进行微分运算，增加响应速度。
一般运放的带宽限制：LM358，Gain=120dB，fc=1MHz，f0=1Hz * * * * PI补偿的作
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文档介绍：
电压型控制Buck变换器的补偿器设计 1 电压型控制Buck变换器的补偿器设计张兴柱博士(一):电压型控制Buck变换器的原理图和小信号传递函数框图 Vg Vo R L C S D R R Z Vref R R Z Vm Ts d Fm Vc HVo Fm ) ( ?s v ) (?s v )( ?s i )( ?s d ) (s H 0 ?= v ) (?s v ) (s G Fm ) ( ?s v ) (s G ) (s Z ) (s G (二):电压环闭合后的输出电压小信号方程: ) ( ?) ( 1 ) ( ) (?) ( 1 ) ( ) (? s i s T s Z s v s T s G s v o out g vg o + ?+ = 其中: ) ( ) ( ) ( ) ( s G F s G s H s T vd m c × × × = --电压环的环增益 2 1 2 ) ( f f fR R R s H + = --反馈取样传递函数。在稳压系统中, 常数= = o ref V V s H) ( ) ( ) ( ) ( 1 2s Z s Z s G c = --待设计的补偿器传递函数 m c m V s v s d F 1 ) ( ?) ( ?= = -- PWM调制器的传递函数,在电压型控制中,它为常数 2 2 0 1 1 ) ( o zc g vd s Q s s V s G w w w+ + + = -- 功率级的输出电压对占空比的开环传递函数 2 2 0 1 1 ) ( o zc vg s Q s s D s G w w w+ + + = -- 功率级的输出电压对输入电压的开环传递函数也称电压音频隔离度(Audio) 2 2 0 1 ) 1 )( 1( ) ( o zC zL L out s Q s s s R s Z w w w w + + + + = -- 功率级的输出电压对负载电流的开环传递函数也称输出阻抗(Output Impedance) 其中: LC 1 0= w , ] ) ( [ 1 0 C R R R L Q C L+ + =w , L R L zL= w ,
C R C zC 1 = w 电压型控制Buck变换器的补偿器设计 2 (三):电压型控制Buck变换器的补偿器设计输入(1):输入电压范围: max min~ g g g V V V= ; (2):输出负载范围: max min~ o o o I I I= ; (3):输出电压: oV ; (4):开关频率: sf f= ; (5):基准电压: ref V ; (6):外部斜波的幅度: m V ; (7):环增益的带宽: (8):环增益的相位裕量: m Φ; (9):在输入2倍源频时的闭环Audio: ) 2 ( log 20 line c vg f f G a = = ? dB; (10):满足稳态纹波要求等的实际滤波参数:L ,C ; (11):在稳态指标达到要求后,测试的寄生参数: LR , CR 。(四):电压型控制Buck变换器的补偿器设计步骤第一步:选择输入低限、满载为补偿器设计的稳态工作点,即 min g gV V= , max o o I I= 计算下面各数据: 1 min max h × = = g o V V D D , 1h 为变换器在低限满载下的功率级效率 min min o o I V R R = = ,为变换器的最小负载电阻第二步:计算未加补偿器时的环增益) (s T u : ) ( ) ( ) ( s G F s H s T vd m u × × = 对于Buck变换器,可写成下列标准形式: 2 2 0 01 1 ) ( o zC u u s Q s s T s T w w w+ + + = 其中: min 0 0 1 g m o ref vd m u V V V V G F H T × × = × × = 第三步:绘制未补偿环增益) (s T u 的Bode图(渐近线) 幅频特性: ) ( log 20 s T u ,相频特性: ) (s T u ∠其中: Q K 2 1 10 = 电压型控制Buck变换器的补偿器设计 3 ) ( log 20 s T ) (s T ∠第四步:设计补偿器) (s G c (1):选择补偿器的传递函数为: ) 1 )( 1( ) 1 )( 1( ) ( 2 1 2 1 p p z z I c s s s s s s G w w w w w + + + + = (2):取 zC p f f= 1 [ 即用补偿器的第一个极点去抵消未补偿环增益) (s T u 的ESR零点]
(3):取 c p f f 10 2≥[ 即将补偿器的第二个极点放在10倍带宽以外] (4):根据 line f 2 处的闭环Audio要求:a (dB),求 If 20 0 0 10 2 a u vg line I T G f f × × = ,其中: max 0 D G vg= , min 0 1 g m o ref u V V V V T × × = (5):根据环增益的带宽 cf 和相位裕量 m Φ,求 2 zf 45 90 2 10 10 m c z f f Φ?× = (6):根据下式,求 1zf 0 2 2 1 u c z o I z T f f f f f × × = (7):绘制加补偿) (s G c 后的环增益) (s T 的Bode图(渐近线) 幅频特性: ) ( log 20 s T ,相频特性: ) (s T ∠) ( ) ( ) ( s T s G s T u c × = 电压型控制Buck变换器的补偿器设计 4 1Hz 10Hz 100Hz 1KHz 10KHz 100KHz 1MHz -20dB 0dB 20dB 40dB -40dB -60dB -80dB ) ( log 20 s T ) (s 1
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