【正文】 trol technique applied to singlephase fullbridge inverter can effectively overe the defects in the traditional voltage feedback control, but also do not have to consider the human pensation in the current mode control. Therefore, we have chosen a singlecycle singlephase fullbridge inverter control technology research.This article confirmed by a mutation in the input voltage to the singlecycle control of the inhibitory effect of disturbance on the system input side, and a detailed simulation analysis of power electronic simulation software PSIM system to take advantage of the simulation results confirm the feasibility.Keywords　 Onecycle control；Singlephase fullbridge inverter；PSIMIII 目 錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題背景 1 逆變電路的現(xiàn)狀與發(fā)展 1 單周期控制技術(shù)的特點(diǎn)及研究現(xiàn)狀 4 本文研究的主要內(nèi)容 5第2章 單相全橋逆變器單周期控制技術(shù)相關(guān)原理 6 引言 6 單相全橋逆變器的基本原理 6 單周期控制在buck變換器中的應(yīng)用實(shí)例 8 基本buck變換器 8 單周期控制 9 雙極性調(diào)制方式下的單周期控制技術(shù)基本原理分析 11 本章小結(jié) 14第3章 單相全橋逆變器單周期控制的參數(shù)與器件設(shè)計(jì) 15 引言 15 主電路參數(shù)設(shè)計(jì) 15 輸出濾波器的設(shè)計(jì) 15 濾波器參數(shù)選擇 17 負(fù)載電阻的參數(shù)設(shè)計(jì) 19 主開關(guān)(MOSFET)的選擇 19 驅(qū)動(dòng)器件的設(shè)計(jì) 19 控制電路參數(shù)設(shè)計(jì) 20 積分器參數(shù)設(shè)計(jì) 20 比較器設(shè)計(jì) 21 觸發(fā)器的設(shè)計(jì) 21 雙向電子開關(guān)的設(shè)計(jì) 22 本章小結(jié) 22第4章 基于單相全橋逆變器的單周期控制的仿真結(jié)果 24 引言 24 電路仿真軟件PSIM的概述 24 PSIM的仿真環(huán)境的介紹 24 PSIM仿真軟件的運(yùn)行階段 24 PSlM仿真軟件的電路結(jié)構(gòu) 25 系統(tǒng)仿真 26 仿真結(jié)果 27 本章小結(jié) 30結(jié)論 31參考文獻(xiàn) 33致謝 35附錄1 36附錄2 41附錄3 46附錄4 51附錄5 64III第1章 緒論 第1章 緒論 課題背景 隨著信息技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)的不斷成熟，滑模變結(jié)構(gòu)控制，重復(fù)控制等新的控制方式克服了常規(guī)控制策略對電路模型的精確性以及電路參數(shù)的非線性與時(shí)變性的依賴的缺點(diǎn)，使系統(tǒng)的可靠性和精度得到不斷提高，控制系統(tǒng)魯棒性和對負(fù)載的適應(yīng)能力不斷增強(qiáng)。而且，將單周期控制技術(shù)運(yùn)用到單相全橋逆變器中可以有效地克服傳統(tǒng)電壓反饋控制中的缺陷，同時(shí)也不必考慮電流模式控制中的人為補(bǔ)償。題目類型（ √ ） （ ）題目來源科研課題（ √ ） 生產(chǎn)實(shí)際（ ）自選題目（ ） 主要內(nèi)容掌握單周期控制的基本原理，并將其應(yīng)用于單相全橋逆變電路。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）單相全橋逆變器單周期控制技術(shù)研究**燕 山 大 學(xué)2012年6月 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）單相全橋逆變器單周期控制技術(shù)研究 學(xué)院（系）：里仁學(xué)院 專 業(yè)：*** 學(xué)生 姓名：*** 學(xué) 號：*** 指導(dǎo) 教師：*** 答辯 日期：2012年6月17日 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)院：里仁學(xué)院 系級教學(xué)單位：電氣工程及自動(dòng)化系 學(xué)號***學(xué)生姓名掌握PSIM仿真軟件，仿真實(shí)現(xiàn)單相空間矢量調(diào)制的單相全橋逆變器。因此，本文選擇了對單相全橋逆變器的單周期控制技術(shù)的研究工作。但是，這些先進(jìn)的控制策略在實(shí)現(xiàn)上都存在著不同的問題，如變結(jié)構(gòu)滑模控制固有的抖震無法保證系統(tǒng)可靠地運(yùn)行，為了避免抖震而采取措施又增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性；重復(fù)控制的響應(yīng)速度比較慢，同時(shí)重復(fù)控制需要對負(fù)載連續(xù)自動(dòng)的辨識和一個(gè)非常復(fù)雜的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)才能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。目前需求的具備高精度、高穩(wěn)定性、高速度與抗干擾能力的控制技術(shù)逐步浮出水面?，F(xiàn)代逆變技術(shù)就是研究現(xiàn)代逆變電路的理論和應(yīng)用設(shè)計(jì)方法的一門科學(xué)。按照輸出電壓的相數(shù)分類，逆變電路可以分為單相逆變電路和三相逆變電路。逆變器廣泛用于工業(yè)、交通、能源、航空航天等領(lǐng)域。在單相逆變器中，常采用PWM 調(diào)制方式對開關(guān)管進(jìn)行控制，在PWM 調(diào)制方法中有方波調(diào)制、正弦波調(diào)制、矢量空間調(diào)制等。另外，交流電機(jī)調(diào)速用變頻器、不間斷電源、感應(yīng)加熱電源等電力電子裝置使用非常廣泛，其電路的核心部分都是逆變電路。這種轉(zhuǎn)換的用途很廣，不間斷電源設(shè)備在電網(wǎng)停電時(shí)，將蓄電池中的直流電逆變成交流電，供計(jì)算機(jī)等用電設(shè)備使用，不間斷其工作，從而不會(huì)造成太大的損失。變壓器繞組匝數(shù)和有效橫截面積之積與變壓器繞組中所加電壓的頻率成反比關(guān)系，如果能將變壓器繞組中所加電壓的頻率大幅度提高，則變壓器的體積和重量會(huì)明顯減小，當(dāng)然也節(jié)約了制作變壓器的銅材和磁性材料。由于逆變電路的工作頻率高，調(diào)節(jié)周期短，使得電源設(shè)備的動(dòng)態(tài)響應(yīng)或者說動(dòng)態(tài)特性很好。然而逆變技術(shù)作為一種重要的電能變換技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于交流電機(jī)調(diào)速、不間斷電源、新能源開發(fā)等領(lǐng)域。開關(guān)變換器是脈沖式的非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，大多數(shù)采取的控制方案是首先通過線性化控制方程逼近這個(gè)非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，然后再采用線性反饋技術(shù)進(jìn)行控制。PWM 控制技術(shù)的發(fā)展主要集中在 4 個(gè)方面：（1）如何提高逆變器直流側(cè)電壓利用率；（2）在輸出基波電壓不變的前提下，如何盡可能消除諧波；（3）如何改善控制性能；（4）如何改變諧波頻譜分布。近年來，國內(nèi)外主要針對于單周期控制變換器可行性、單周期控制變換器的建模和單周期控制變換器的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能方面進(jìn)行研究，這也是本課題的研究趨勢。又可以充分利用數(shù)字控制在實(shí)時(shí)通訊和狀態(tài)監(jiān)測等方面的優(yōu)勢。本文所要研究的主要內(nèi)容如下：（1） 在緒論中，我們對本次設(shè)計(jì)課題的背景進(jìn)行了概述，并對單周期控制技術(shù)的特點(diǎn)與研究現(xiàn)狀做了詳細(xì)的闡述。69 第2章 單相全橋逆變器單周期控制技術(shù)相關(guān)原理 第2章 單相全橋逆變器單周期控制技術(shù)相關(guān)原理 引言 單周期控制是一種非線性控制技術(shù)，該控制方法的突出特點(diǎn)是：無論是穩(wěn)態(tài)還是暫態(tài)，它都能保持受控量(通常為斬波波形)的平均值恰好等于或正比于給定值，即能在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，有效的抵制電源側(cè)的擾動(dòng)，既沒有穩(wěn)態(tài)誤差，也沒有暫態(tài)誤差，這種控制技術(shù)可廣泛應(yīng)用于非線性系統(tǒng)的場合，比如脈寬調(diào)制、諧振、軟開關(guān)式的變換器等。當(dāng)交流側(cè)在電網(wǎng)上，即交流側(cè)接有電源時(shí)，稱為有源逆變；當(dāng)交流側(cè)直接和負(fù)載相連接時(shí)，稱為無源逆變。當(dāng)給IGBT加關(guān)斷信號時(shí)，IGBT一定關(guān)斷，但給IGBT加導(dǎo)通信號時(shí)，IGBT不一定就能導(dǎo)通，IGBT是單向器件，能否導(dǎo)通取決于流過負(fù)載的電流是否與IGBT的導(dǎo)通電流方向一致。其輸出電壓的波形為矩形波，其幅值Um=E。在阻感負(fù)載時(shí)，可以采用移相的方式來調(diào)節(jié)逆變電路的輸出電壓，這種調(diào)壓方式叫做移相調(diào)壓。這樣一來，輸出電壓就不再是正負(fù)各為180度的脈沖，而是正負(fù)各為λ的脈沖。因?yàn)镾1和VD3同時(shí)導(dǎo)通，所以輸出電壓為零。以后的過程和前面類似。當(dāng)開關(guān)S導(dǎo)通時(shí)，二極管D截止，其兩端電壓Vd等于直流輸入電壓Vg，即Vg=Vd：當(dāng)開關(guān)管S關(guān)斷時(shí)，二極管D導(dǎo)通，其兩端電壓Vd=0。圖24所示為單周期控Buck變換器原理圖。如圖5所示。如圖6所示是當(dāng)給定信號Vref以正弦的規(guī)律變化時(shí)，二極管兩端電壓的積分值也會(huì)實(shí)時(shí)跟蹤給定參考電壓Vref的變化。由于這種控制方式是在假定電路處于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的條件下而推出的控制方法，所以又稱做為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)控制QSSC(Quasi—Steady—State Control)。雖然和雙極性調(diào)制相比，單極性調(diào)制的開關(guān)頻率在“實(shí)效上”增加了一倍，使得輸出電壓波形的諧波頻譜有所改善，但其代價(jià)是產(chǎn)生了較大的開關(guān)損耗，頻率越高，損耗越大，二者相矛盾。窄脈沖發(fā)生器具體是由一個(gè)RS觸發(fā)器和一個(gè)延時(shí)器組成。如圖所示為雙極性調(diào)制方式下的單相全橋逆變器單周期控制技術(shù)原理圖，該控制器包含一個(gè)積分（復(fù)位）器，比較器，RS觸發(fā)器和積分器電路復(fù)位。同時(shí)Q的下降沿產(chǎn)生一個(gè)窄脈沖來復(fù)位積分器。以后的每個(gè)開關(guān)周期，開關(guān)都以相同的規(guī)律工作，且每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，積分器瞬時(shí)復(fù)位，正向、反向積分各一次。圖28 控制參考電壓Vref為正和負(fù)的兩種穩(wěn)態(tài)時(shí)的波形圖通過這樣的控制，圖28中在T1T3內(nèi)開關(guān)變量Vp的平均值與Vref成正比。 K是電壓從Vref到Vp的增益。 本章小結(jié)本章先介紹了單相全橋逆變器的基本原理，再簡單介紹了buck變換器的工作過程及單周期控制技術(shù)在buck變換器中的應(yīng)用，引出了一種新型的控制方式——單周期控制技術(shù)的基本原理，并將在雙極性調(diào)制方式下運(yùn)用在單相全橋逆變器之中，從而有效地克服傳統(tǒng)電壓反饋控制中的缺陷，同時(shí)也不必考慮電流模式控制中的人為補(bǔ)償，證實(shí)了單周期控制系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性。在交流逆變電源中，逆變器輸出的濾波器是必不可少的重要組成部分，它的作用在于減少逆變器輸出電壓中的諧波，使輸出電壓波形正弦化。在逆變電源中，雖然加入初衷是為了衰減諧波，但 LC 濾波器的加入也給逆變電源帶來了一些負(fù)面的影響，主要表現(xiàn)如下：1）增大了逆變器開關(guān)器件的負(fù)擔(dān)；2）影響逆變電源的帶負(fù)載能力，當(dāng)直流側(cè)欠壓或者負(fù)載過大時(shí)，輸出電壓可能達(dá)不到額定值，即使能達(dá)到額定值，輸出電壓也可能因?yàn)檫^調(diào)制而出現(xiàn)低次諧波畸變；3）影響逆變電源系統(tǒng)的輸出阻抗，如果 LC 參數(shù)選擇不當(dāng)，使系統(tǒng)的輸出阻抗過大，不僅會(huì)使逆變電源對非線性負(fù)載的適應(yīng)性減小，而且會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性變壞?；趩沃芸刂萍夹g(shù)的逆變電源，單周控制技術(shù)屬于瞬時(shí)值反饋控制技術(shù)，當(dāng)載波比足夠大且不出現(xiàn)過調(diào)制時(shí)，一旦輸出電壓中出現(xiàn)較大的低次諧波時(shí)，無論是死區(qū)時(shí)間還是非線性負(fù)載引起的，通過控制，最終可使得輸出電壓中的低次諧波很小，所以在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，主要考慮高次諧波的衰減。圖31 τ型濾波器本次設(shè)計(jì)中，f取50Hz，取開關(guān)頻率20kHz，因此的取值可以是1000Hz。（2）濾波電路特征阻抗Zo的選擇 LC型濾波電路的特征阻抗Zo可表示為 （38）而Zo與負(fù)載電阻Ro應(yīng)保持如下關(guān)系 （39）（3）濾波電路參數(shù)選擇 由式38和式39有 （310）由式有 （311） 根據(jù)給定的Ro和確定的聯(lián)解上面兩個(gè)式子，設(shè)計(jì)中可取較大的Lo和較小的Co；也可取較小的Lo和較大的Co，使其乘積不變，但Lo和Co的選取還要考慮下列因素： （1） 對負(fù)載電壓和逆變電路輸出電流的影響：串聯(lián)電感Lo上的基波壓降（即負(fù)載電流的基波分量在Lo上的壓降）將是負(fù)載基波電壓產(chǎn)生變化；而并聯(lián)電容Co的基波電流與負(fù)載電流相加將改變逆變電路的輸出電流。MOSFET允許的最大電壓考慮到輸入側(cè)直流電源的電壓E（400V）～2倍裕量，即為400*2=800V。 控制電路參數(shù)設(shè)計(jì) 積分器參數(shù)設(shè)計(jì)積分器是控制電路中極為重要的一個(gè)部分，積分器電路參數(shù)主要就是時(shí)間常數(shù)τ=RiCi電阻Ri和電容Ci的選擇。圖33 LM358引腳圖 比較器設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)中選用的比較器為LM339，如圖所示。圖36 CD4016引腳圖 本章小結(jié)本章主要以恒定開關(guān)頻率為例，來論述單周期控制技術(shù)在單相全橋逆變器中應(yīng)用的具體參數(shù)的計(jì)算與器件的選取。 電路仿真軟件PSIM的概述 PSIM的仿真環(huán)境的介紹PSIM的全稱為Power Simulation，意為電力電子仿真軟件。 本仿真解析系統(tǒng)，不只是回路仿真單體，還可以和其他公司的仿真器連接，為用戶提供高開發(fā)效率的仿真環(huán)境。不同的階段，有不同的文件類型:PSIM電路示意性