【正文】 er 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 單周期控制技術的特點及研究現(xiàn)狀 4 本文研究的主要內容 5第2章 單相全橋逆變器單周期控制技術相關原理 6 引言 6 單相全橋逆變器的基本原理 6 單周期控制在buck變換器中的應用實例 8 基本buck變換器 8 單周期控制 9 雙極性調制方式下的單周期控制技術基本原理分析 11 本章小結 14第3章 單相全橋逆變器單周期控制的參數(shù)與器件設計 15 引言 15 主電路參數(shù)設計 15 輸出濾波器的設計 15 濾波器參數(shù)選擇 17 負載電阻的參數(shù)設計 19 主開關(MOSFET)的選擇 19 驅動器件的設計 19 控制電路參數(shù)設計 20 積分器參數(shù)設計 20 比較器設計 21 觸發(fā)器的設計 21 雙向電子開關的設計 22 本章小結 22第4章 基于單相全橋逆變器的單周期控制的仿真結果 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仿真軟件的運行階段 24 PSlM仿真軟件的電路結構 25 系統(tǒng)仿真 26 仿真結果 27 本章小結 30結論 31參考文獻 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 隨著信息技術的發(fā)展，技術的不斷成熟，滑模變結構控制，重復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)的非線性與時變性的依賴的缺點，使系統(tǒng)的可靠性和精度得到不斷提高，控制系統(tǒng)魯棒性和對負載的適應能力不斷增強。逆變電路之所以能得到廣泛的應用，是因為它能實現(xiàn)以下功能：變頻（逆變電源將市電轉換成用戶所需頻率的交流電）、變相（逆變電源能將單相交流電轉換成三相交流電，也能將三相交流電轉換成單相交流電）、逆變（逆變電源能將直流電轉換成交流電）、提高電質量（逆變電源能將低質量的市電電壓轉換成高質量的穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流電壓）。很多用電設備中，變壓器和電抗器在很大程度上決定了其體積和重量。 脈寬調制(PWM)逆變技術是實現(xiàn)逆變器輸出正弦化的有效方法，其基本原理是采用一組不同寬度的脈沖序列來等效正弦波電壓。（4）在最后一章里我們利用了電力電子仿真軟件PSIM進行了系統(tǒng)仿真工作，給出了相關波形，驗證了單周期控制在單相全橋逆變器中的可行性。在這種情況下，要改變輸出交流電壓的有效值，只能通過改變直流電壓E的大小來實現(xiàn)。 單周期控制在buck變換器中的應用實例 基本buck變換器假定輸入電壓為Vg開關頻率為常數(shù)。這樣，輸出電壓Vo就是給定信號Vref的線性函數(shù)，可以用下式來表示： （24）采用這種非線性的控制方法，開關變量Vd平均值的過渡過程將在一個開關周期內完成，因此定義這種控制方法為單周期控制(OneCycle Control)。當Vint上升到控制參考信號Vref時，由比較器的輸出端產生一個復位脈沖將觸發(fā)器復位（Q變?yōu)?），開始下一個開關狀態(tài)，關斷SS3觸發(fā)SS4。單周期控制的新擴展可以適用于任何雙極型開關轉換器，如半橋、全橋、或四象限Cuk變換器等。設逆變電路的輸出頻率為f，其最低次諧波電壓Uk的頻率為，他們與應保持： （34）因為只有這樣，濾波電路對逆變輸出電壓基波分量的分壓比最大，而對諧波電壓的分壓比最小，從而保證基波無衰減傳輸，而諧波（含最低次諧波）被抑制在規(guī)定范圍內。本次選取的積分器是由運算放大器LM358構建而成的，如圖所示。軟件運行時這三個部分依次進行，其流程圖如圖所示。如圖45與46，分別為給定正弦信號大于零和小于零時的波形圖。其中，減少功率器件的開關次數(shù)可以降低開關損耗。隨著單周控制理論進一步的推廣，其應用面會覆蓋更多的領域。開關變換器是脈沖式的非線性動態(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非線性動態(tài)系統(tǒng)，然后再采用線性反饋技術進行控制。127，1994． 【3】GuanChyun Hsieh and Chien目前單周期控制的應用已經涉及到各個領域，如：DCDC變換、功率因數(shù)校正、有源電力濾波器、不間斷電源、功率放大和光伏電源最大功率點跟蹤控制等。在電路設計圖中，對LC濾波器及積分器的各元器件參數(shù)進行計算分析，給出初步的設計參數(shù)參考值。經過對積分器和LC濾波器相關元器件參數(shù)的計算與分析，從而將主電路單相全橋逆變電路與控制電路單周期控制電路結合起來，達到預設的目的。1997：5367 【13】鄭光欽．全能混合電路仿真Pspice A/D V9．北京：中國鐵道出版社，2000：80258 【14】R. W. Erickson, and R. D. Mddlebrook. Origin of Harmonic Distortion in Switching Amplifiers Proceedrng of International PCI39。 “綠色”開關電源的拓撲方案,前級為無輔助換流軟開關Boost功率因數(shù)校正電路，其控制采用單周期控制方案，后級主電路為一種新型的零電壓零電流(ZVZCS)移相全橋DC/DC變換器。三、研究步驟、方法及措施 對單周期控制技術基本原理的理解與研究：初步理解單周期控制技術的概念，在buck變換器的單周期控制研究中，深入理解單周期的控制原理，并對單相全橋逆變器加以運用，設計出基本主電路圖，并采用雙極性的調制方式。附錄 附錄1燕 山 大 學本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 課題名稱：單相全橋逆變器單周期控制技術研究 課題性質：理工類工程設計 課題來源：科研課題 學院（系）：燕山大學里仁學院 專 業(yè)：電氣工程及其自動化（應用電子2班） 年　　級：*** 學生姓名：*** 指導教師：*** 2012年 3 月 16 日 綜述本課題國內外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義隨著當代電氣技術的逐步發(fā)展，一些控制技術和控制方法應運而生，種類繁多的控制方法面對目前高速發(fā)展的社會逐步遭到科技領域的延伸以致淘汰。（5） 單周期控制方法實現(xiàn)簡單，對單相全橋逆變器的輸入輸出擾動具有較強的魯棒性，且動態(tài)響應速度快，在此逆變電路中采用單周期控制技術，可以有效地克服傳統(tǒng)電壓反饋控制中的缺陷，同時也不必考慮電流模式控制中的人為補償。隨著電力電子技術的迅猛發(fā)展，逆變技術在新能源的開發(fā)和利用領域有著至關重要的地位。圖43 仿真電路 仿真結果現(xiàn)在我們來分析下面的波形。 PSIM具有仿真高速、用戶界面友好、波形解析等功能，為電力電子電路的解析、控制系統(tǒng)設計、電機驅動研究等有效提供強有力的仿真環(huán)境。如上圖所示為IR2110引腳圖。本文所采用的 LC 濾波器就是τ型濾波器。 （26）其中，k = R1C1／Ts ，Ts為開關周期。圖26 窄脈沖發(fā)生器本次畢業(yè)設計課題的基本設計思路是將單周期控制的相關原理運用于單相全橋逆變電路中。圖25 二極管電壓積分值隨Vref變化曲線如果給定信號Vref是時間變量的函數(shù)時，二極管的平均電壓也會實時跟蹤時間變量給定信號的變化。t3時刻S3和S4柵極信號再次反向，S3截止，而S4不能立刻導通，VD4導通續(xù)流，輸出電壓再次為零。把橋臂1和4作為一對，2和3作為一對，成對的兩個橋臂同時導通，兩對交替各導通180度。之后通過掌握電力電子常用仿真軟件——PSIM仿真軟件，熟練使用后仿真實現(xiàn)單相空間矢量調制的單相全橋逆變器。單周期控制技術的突出優(yōu)點在于其無論在穩(wěn)態(tài)還是在暫態(tài)情況下，都能保持受控量的平均值恰好等于或正比于控制參考信號，即能在一個周期內，有效地抵制電源側的擾動，既沒有靜態(tài)誤差也沒有動態(tài)誤差，動態(tài)響應快速，對輸入擾動抑制能力強。2）將蓄電池中直流電轉換成交流電或其他形式的直流電。逆變電源技術是一門綜合性的專業(yè)技術，它橫跨電力、電子、微處理器及自動控制等多種學科領域，是目前電力電子產業(yè)和科研的熱點之一。而且，將單周期控制技術運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，同時也不必考慮電流模式控制中的人為補償。因此，本文選擇了對單相全橋逆變器的單周期控制技術的研究工作。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。這種轉換的用途很廣，不間斷電源設備在電網(wǎng)停電時，將蓄電池中的直流電逆變成交流電，供計算機等用電設備使用，不間斷其工作，從而不會造成太大的損失。開關變換器是脈沖式的非線性動態(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非線性動態(tài)系統(tǒng)，然后再采用線性反饋技術進行控制。本文所要研究的主要內容如下：（1） 在緒論中，我們對本次設計課題的背景進行了概述，并對單周期控制技術的特點與研究現(xiàn)狀做了詳細的闡述。其輸出電壓的波形為矩形波，其幅值Um=E。以后的過程和前面類似。如圖6所示是當給定信號Vref以正弦的規(guī)律變化時，二極管兩端電壓的積分值也會實時跟蹤給定參考電壓Vref的變化。如圖所示為雙極性調制方式下的單相全橋逆變器單周期控制技術原理圖，該控制器包含一個積分（復位）器，比較器，RS觸發(fā)器和積分器電路復位。 K是電壓從Vref到Vp的增益?；趩沃芸刂萍夹g的逆變電源，單周控制技術屬于瞬時值反饋控制技術，當載波比足夠大且不出現(xiàn)過調制時，一旦輸出電壓中出現(xiàn)較大的低次諧波時，無論是死區(qū)時間還是非線性負載引起的，通過控制，最終可使得輸出電壓中的低次諧波很小，所以在設計濾波器時，主要考慮高次諧波的衰減。 控制電路參數(shù)設計 積分器參數(shù)設計積分器是控制電路中極為重要的一個部分，積分器電路參數(shù)主要就是時間常數(shù)τ=RiCi電阻Ri和電容Ci的選擇。 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。應用PSIM軟件對電路進行仿真，控制量跟隨給定信號波形圖如下：圖44 控制信號跟隨給定信號波形圖如上圖所示，紅色線為控制信號，藍色線為給定正弦信號。脈寬調制(PWM)逆變技術是實現(xiàn)逆變電源的常用技術。（6） 基于上述理論設計了1000W 單相全橋逆變電路單周期控制仿真系統(tǒng)，并通過電力電子仿真軟件PSIM進行仿真研究，證實了方案的可行性。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逐步浮出水面。 運用仿真軟件進行仿真驗證：利用psim軟件進行仿真操作，獲得雙極性調制方式下積分信號、參考信號和輸出電壓波形等信息，從而驗證上述理論的可行性?，F(xiàn)在己經研制成功了一臺200 W的開關電源的實驗樣機。82 Conference. 【15】. Schwarz, Analog Signal to discrete Time Interval Converter (ASDTIC), US Patent 3659184, 1972. 附錄3燕 山 大 學本科畢業(yè)設計（論文）中期報告 課題名稱：單相全橋逆變器單周期控制技術研究 課題性質：理工類工程設計 課題來源：科研課題 學院（系）：燕山大學里仁學院 專 業(yè)：電氣工程及其自動化（應用電子2班） 年　　級：2008級 學生姓名：*** 指導教師：*** 經過這兩個多月對單相全橋逆變器單周期控制的認識與研究，我對本次課題有了更深一層的理解。首先，將基本的設計電路圖在psim仿真軟件中繪制出來，并將設