摘 要:用变结构控制(VSC)理论设计脉宽调制(PWM)控制系统时,存在的主要困难是VSC的开关频率不恒定.为解决这一问题,提出一种“PWM-准滑动模态”的概念,利用这一概念,可建立起PWM与VSC之间的联系,分析出PWM控制系统的3种运行状态和稳定条件.最后以一个电力电子系统的应用为例,验证了所得结论的正确性.
关键词:变结构控制;滑动模态;脉宽调制;功率因素校正
PWM控制系统是典型的不连续非线性系统,工程上一般用小信号线性化方法进行分析.但是,对于工作点大幅度变化的系统(如PFC[1]),小信号线性化是不合理的.VSC是一种大信号方法,用VSC的传统理论只能得到开关频率不恒定的滑模控制[2,3],而不是恒频PWM控制.
本文将恒频PWM控制定义为一种“PWM-准滑动模态”,即在一个误差带上恒频切换、滑动运动的模态.这一定义建立了PWM与VSC之间的联系,表明了开关式电力电子闭环控制系统的几种运行状态,以及出现这些运行状态的条件.
锯齿滑模的开关频率是不恒定的,且切换频率比锯齿波频率高得多.这说明,切换函数含锯齿波(如PWM控制系统)不一定能保证开关频率恒定,这还应看参数的配合.要保证开关频率恒定,就必须每个锯齿波周期中ε(t)都穿越且仅穿越锯齿波一次.
本文将定理2定义的运动模态称为PWM-准滑动模态,简称PWM-准滑模.显然,PWM-准滑模就是工作于恒频切换状态下的PWM.定理2的意义在于:明确给出了PWM工作于恒频切换状态的条件.
现在可以清楚地看到,对于同一个PWM控制系统,不同的参数可能导致不同的运行状态:PWM-准滑动模态、锯齿波滑动模态.这两种状态下闭环系统都是稳定的.
PWM-准滑模是用VSC理论描述恒频PWM控制的新概念,借助这一概念,PWM控制可直接用VSC理论进行分析.分析表明,PWM控制系统存在3种运行状态,满足一定的条件便能进入相应的状态.分析结果为电力电子系统提供了一种非线性、大信号的设计方法.
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