一种改进的磁悬浮轴承开关功率放大器数字单周期控制

该文提出一种改进的磁悬浮轴承开关功率放大器的数字单周期控制算法。单周期控制算法具有算法简单、易实现、响应速度快等优点,但传统的单周期算法,存在开关次数不均衡,电流幅值失真较明显,部分开关周期无法实现跟踪目标的问题。该文分析单相全桥主电路的九种开关状态,在此基础上优化单周期控制的开关逻辑;在全周期考虑磁轴承线圈电阻压降的前提下,分析单周期控制的原理,优化充放电周期的判断准则,从而建立更精确的算法模型。对改进前后的数字单周期控制算法进行仿真分析和实验验证,结果表明:改进型单周期算法控制下,实际电流能准确跟踪给定电流,证明了算法的可行性;4个开关管的开关次数均衡,实际电流失真更小,控制精度更高,验证了算法的优越性。     

一种新型的磁悬浮轴承五相六桥臂开关功率放大器控制策略

针对磁悬浮轴承系统电流型五相六桥臂开关功率放大器控制算法复杂以及各路输出电流存在耦合的问题,提出一种新型的五相六桥臂开关功率放大器的解耦控制策略。该方法固定公共桥臂占空比为0.5,以单周期控制的方式,同时控制每路负载线圈电流的周期变量平均值等于给定电流周期变量平均值,实现电流的独立输出与解耦控制。推导了该控制方法的数学模型,并制作了试验样机,仿真和实验结果均表明,基于该控制方法下的五相六桥臂开关功率放大器实现了各相的独立控制,并具有控制简单、运算量小、响应速度快、控制精度高和通用性强的优点。     

具有延时补偿的磁悬浮轴承开关功率放大器数字单周期控制

在磁悬浮轴承的开关功率放大器系统中,采用数字单周期控制算法具有算法简单、易实现、响应速度快等优点,但传统的单周期控制算法存在控制延时的缺点,会影响系统的稳定性以及功率放大器带宽。该文在考虑磁悬浮轴承线圈电阻压降的情况下,分析了数字单周期控制算法的原理,精确了算法的数学模型;结合算法原理对磁悬浮轴承控制系统的延时进行了估算,并推导了两种延时补偿模型,对延时补偿前、后的数字单周期控制算法进行了仿真与实验。结果表明:精确算法模型后的单周期控制能使实际电流波形跟踪给定波形,验证了算法的可行性;两种延时补偿模型均能使电流跟踪波形与给定波形相比基本无相位差,验证了延时补偿模型的有效性;补偿模型Ⅱ跟踪效果更佳,验证了补偿模型Ⅱ的优越性。     

磁悬浮轴承功率放大器的发展现状与展望

磁悬浮轴承功率放大器的性能对整个磁悬浮轴承系统有着重要的影响。首先介绍了磁悬浮轴承功放的性能参数、分类,然后比较了每一类功率放大器的优缺点,并讨论分析开关功放的拓扑结构、控制策略以及研究现状。理论分析表明,三态开关功率放大器具有输出电流纹波小、动态性能好、开关损耗低等优点,在磁悬浮轴承功放中有着广阔的应用前景。     

主动磁悬浮系统中数字功放的研究

在主动磁悬浮系统中,传统的两电平开关功放的功率损耗较大,三电平开关功放需要进行移相电路设计,使得功放电路更加复杂、成本更高。因此,设计了一种基于ARM芯片STM32F103ZET的无需移相的三电平开关功放,通过数字芯片产生占空比不断变化的PWM信号来控制开关管的导通。搭建了主动磁悬浮系统的模拟平台,对线圈电流纹波特性进行仿真分析,并对线圈电流跟踪情况进行了实验测试,实验结果表明该设计的数字功放具有较好的性能。     

一种改进的基于采样-保持策略磁轴承用电流三态调制开关功放

提出一种改进的基于采样-保持策略的电流三态调制开关功放.它保留了基本采样-保持开关功放控制简单、动态响应快、频带宽、受负载影响小等优点,同时降低了开关功放的电流纹波和损耗,提高了功放的效率.此外还可以在不影响系统其他性能的情况下,通过提高输入电压来进一步提高系统的动态特性.同时还阐述了该改进型开关功放的工作原理及电路实现,对改进前后的开关功放进行了仿真比较,并通过对两种开关功放原理样机的实验测试,验证了改进型开关功放的优越特性.     

一种关于单相Boost功率因数校正器数字控制的改进算法

提出了一种改良的PFC数字控制策略,通过简化控制提高了工作效率.数字控制的主要问题就是开关频率与速度之间的矛盾,改进算法避免了常规平均控制算法在每个开关周期中大量的电路信号采样和复杂的输出占空比运算,使得大部分的运算和采样工作都可以在主循环(即多个开关周期)中完成.在每个中断程序中(中断频率与开关频率相同),只要进行电流采样和简单的计算即可.实验结果验证了此改进算法的有效性,不仅得到了高功率因数低谐波的功率因数校正电路,而且控制简单,减少了控制CPU的工作量,可工作在比平均电流控制高的开关工作频率.     

磁悬浮轴承系统三电平开关功率放大器的研究

介绍了三电平开关功率放大器的典型结构和工作原理,采用三电平采样/保持控制技术对开关功率放大器进行仿真和电流跟踪实验,首先从输出电流纹波、电流响应速度和电流跟踪特性方面对仿真结果进行了分析;然后对三电平采样/保持开关功率放大器从单位阶跃响应、频率响应、电流跟踪特性和总谐波失真等方面进行了实验;最后通过磁悬浮轴承系统的高速旋转实验,验证所研究的开关功率放大器具有良好的稳态和动态性能,且可以满足磁悬浮轴承系统的要求。     

磁轴承三态开关功率放大器的电流模式控制

针对传统磁轴承二态开关功放电流纹波大和损耗大、可靠性差的缺点，提出了一种电流模式控制的三态开关功放，介绍了其工作原理和电路的实现。研制了一套容量为0．7kVA的磁轴承开关功放。实验结果表明，该功放电流纹波小、效率高、带宽大、安全可靠。     

三相四桥臂整流器的单周期控制

三相电压型PWM整流器可以减小输入电流谐波含量,提高系统功率因数。在一些需要采用3P4W连接方式的场合里,三相四桥臂整流电路是常见的3P4W系统拓扑中的一种。PFC电路的单周期控制因其控制简单,无需乘法器及采样输入电压得到广泛研究。此外,单周期控制方案在不同电路拓扑中的扩展应用是其重要研究方向之一。本文推导了三相四桥臂整流器的单周期控制理论依据,分析了采用传统的单边沿脉宽调制方案的整流器工作模态以及对输入电流的影响,揭示了在传统的单边沿脉宽调制方式下,整流器输入电流含有较大幅值的直流分量且该直流分量与整流器的开关周期成正比,与输入滤波电感成反比。提出采用关于x轴对称的双边沿脉宽调制方案,新的控制方法可以有效的抑制单周期控制的三相四桥臂整流器输入电流直流分量,从而大幅改善输入电流波形质量。系统仿真与实验验证了理论分析的正确性。     

一种并网逆变器的电容电流单周期控制技术

在LCL型并网逆变器传统双环结构(电容电流内环、并网电流外环)基础上,提出一种结合数字单周期控制和准比例谐振控制的新型电流控制策略。在αβ静止坐标系下,将单周期控制应用于系统内环,推导出了电容电流单周期数字控制占空比函数,提高了系统抗干扰能力并简化调节过程;外环采用准比例谐振控制器直接控制并网电流,省去了复杂的坐标变换,计算简单。最后,实验结果表明所提出控制策略能够实现逆变器有效并网,且动态性能良好。     

具有死区补偿的磁轴承开关功放数字单周期控制

在磁轴承全桥功率开关功率放大器系统中,单周期控制算法具有实现简单、响应速度快等优点,基于全桥功率放大主电路拓扑时,传统的单周期控制算法没有考虑全桥功放固有的死区效应对系统动态性能的影响。该文分析了单周期控制算法的原理,在此基础上考虑磁轴承线圈电阻压降以及死区效应的影响,提出了一种具有死区补偿的单周期控制策略。对补偿前、后的数字单周期控制算法进行仿真对比分析,仿真结果表明补偿后的单周期控制算法反馈电流能够准确的跟踪给定电流,且谐波含量减小,验证了控制策略的优越性。     

LCL滤波并网逆变器逆变侧电流多次采样的单闭环控制策略

针对LCL滤波并网逆变器,研究了基于多次采样的电流单闭环控制方案。在不改变开关频率的条件下,一个开关周期内进行多次采样并更新调制信号,有效减小数字控制延时,提高了系统控制带宽和稳定裕度。定量分析了多次采样数字控制延时特性,并分析了多次采样条件下LCL滤波并网逆变器的控制性能。与常规有源阻尼多环结构相比,该方案采用电流单环控制即可实现系统稳定,无需增加传感器,从而简化了控制结构。最后通过实验验证了该方案的有效性。     

Quasi-Z源光伏并网电流单周期控制研究

为构建高效而结构简单的光伏并网系统,系统采用单级能量转换的QuasiZ源逆变器,并将单周期控制用于并网电流控制.简要分析了QuasiZ源逆变器特点及工作原理.三相并网电流单周期控制通常解耦成单相单周期并网电流控制.将QuasiZ源逆变器并网电流单周期控制的解耦,采用分区等效成双并联BUCK变流器输出电流单周期控制的方法能使电路更简单.Matlab/Simulink仿真实验验证控制策略可行性.     

磁悬浮轴承开关功率放大器等效数学模型

磁悬浮轴承功率放大器是开关型系统,需要从理论上准确地分析开关功率放大器实际特性以指导电路的设计。在三电平脉宽调制功率放大器输出负载电流原理的基础上,运用傅里叶级数理论分析建立了磁悬浮轴承开关功率放大器闭环系统的数学模型并推导出输出负载电流的数学解析式。对该数学模型及数学解析式进行仿真研究,并将仿真结果与Orcad电路软件仿真结果及实验结果相比较,三种结果基本吻合,表明研究的数学模型及解析式是可行有效的。设计的磁悬浮轴承三电平功率放大器使高速磁悬浮电动机在60000r/min的转速下稳定运行。     

基于单周期控制的高功率因数软开关电源

针对传统开关电源输入功率因数低、谐波含量高、开关损耗大等缺点,提出了一种基于单周期控制的高功率因数软开关电源,分析了采用单周期控制进行有源功率因数校正的原理,研究了不对称半桥电路实现谐振软开关的不同工作模态,并设计实现了电源实验电路。实验结果表明,采用单周期控制可有效提高系统功率因数,减小输入电流中的谐波含量,且电路设计简单,容易实现。不对称半桥电路利用开关管的寄生电容与功率变压器的漏感进行谐振即可实现零电压开关,有效减少了开关损耗,提高了电源效率。     

谷值电流型脉冲序列控制反激变换器分析

工作于电感电流连续导电模式(CCM)的脉冲序列控制反激变换器存在的低频振荡现象,严重影响了脉冲序列控制开关变换器的稳态及瞬态性能。为消除该低频振荡现象,提出了开关变换器的谷值电流型脉冲序列控制技术。在一个开关周期内,谷值电流型脉冲序列控制开关变换器的励磁电感储能变化量为零,有效解决了脉冲序列控制CCM反激变换器的低频振荡问题。论文对谷值电流型脉冲序列控制CCM反激变换器的工作原理及控制策略进行了系统、深入的分析。研究了不同负载时控制脉冲循环周期内的脉冲组合方式和输出电压纹波。设计实现了谷值电流型脉冲序列控制器,仿真与实验结果验证了理论分析的正确性及控制器设计的可行性。     

单周期控制PFC变换器电流相位滞后及其补偿

研究了单周期控制功率因数校正变换器的输入等效电路,指出了单周期控制功率因数校正变换器存在相电流滞后于相电压的基波相移问题。结合输入等效电路提出了控制开关管端电压以减小基波相移的电流滞后相位补偿方案,推导了不同基波相移时开关管端电压应满足的幅值及相位条件;在此基础上,结合单周期控制功率因数校正变换器的数字控制方案,给出了补偿方案的实现方法及设计实例,并研究了采用补偿方案时系统的稳定性。论文建立的输入等效电路能更准确地反映单周期控制功率因数校正变换器的输入特性;实验验证了提出的电流相位滞后补偿方案能够减小基波相移量,提高基波位移因数。     

电流滞环控制级联型逆变器的矢量控制

为寻求更适合的级联型逆变器的调制方法,研究了电流滞环控制级联型逆变器的矢量控制。该法采用与单极性正弦脉宽调制(简称SPWM调制)相似的单极性电流滞环控制,控制脉冲产生简单。电流滞环控制时采用动态调整滞环宽度实现开关频率恒定,可用类似相移SPWM脉冲产生方式来实现电流滞环控制时H桥级联型逆变器一相多H桥移相控制脉冲的产生;电流滞环控制的级联型逆变器按转子磁场定向矢量系统采用转子闭环,磁甸开环控制。最后仿真与实验结果验证了所提方法正确,逆变器转速外环跟踪性快速,矢量系统动静态性能良好。     

一种单相降压型PFC电路及其非线性控制

以Buck为基础的单相功率因数校正(power factor correction,PFC)电路,器件电压应力小,输入、输出电流控制能力强;但输入电流存在固有死区,造成输入电流畸变。提出一种双电路模式的单相降压型PFC电路,通过加入1个辅助开关和1个二极管,在传统Buck PFC变换器的输入电流死区时间段,使电路工作于Buck-Boost模式,消除电流死区。对于Buck与Buck-Boost之间的切换控制问题,基于单周期控制,推导出一种非线性控制策略,不同工作模式具有相同的电流控制律,消除了模式切换造成的电流畸变,从而实现单位功率因数。设计了1台开关频率为50 k Hz、输出为100 V/1 A的实验样机,在175~265 V输入电压范围内,输入电流保持较低的总谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)。电路实现2个开关管共地,驱动电路设计简单;且不同电路模式采用相同的电流控制律,简化了控制,有利于实际的工程应用。