PI调节器在移相全桥变换电路中的应用.pdf

PI 调节器在移相全桥变换电路中的应用 Abstract：In order to ensure the stable output voltage of the phase-shift control full-bridge converter circuit，the output filter capacitor voltage and inductance current are controlled by the classical double-closed loop PI regulator，and the PI parameters are designed and thus the stable output of the voltage is realized.Finally，the PI design results are simulated in MATLAB/Simulink，and according to the simulation results and the PI regulator Bode diagram，it is proved that the double closed loop PI regulator designed in this paper can guarantee the stable output voltage of the system，as can be used as a reference for practical engineering.Keywords：PI regulation；phase-shifting full-bridge circuit；MATLAB simulation；Bode diagram 1 概述 全?虮浠坏缏酚煽?关器件构成，开关器件在相应的控制方式下工作，现阶段开关器件的控制策略繁多，新颖的控制方法过程复杂，建模困难，在实际工作中应用狭窄，而经典的控制策略，结构清晰，过程简单，可达到相同的控制目的，应用广，更为实用，本文采用经典双闭环控制方式实现对全桥变换电路的控制，对实际工程具有指导意义。2 移相控制全桥变换电路 全桥变换电路拓扑结构及其移相控制过程如图 1 所示1。图 1 中 L2、C0 与 R 组成输出滤波电路，对 C0 电压与 L2电流采样，与给定电压 U0 和电流控制电压 U1 比较，最后经PI 调节器调节为移相控制的调制信号。输入输出之间关系为：其中，A 为 1，上桥臂开通，下桥臂关断，为 0 时相反；i2 为电阻 R 电流，iL2 为 L2 电流，UC0 为 C0 电压，由式（1）可知通过控制 UC0 与 iL2 达到对输出电压 V0 进行控制的目的。3 双闭环 PI 调节器选取 3.1 电流内环 PI 设计 电流内环闭环传递函数为1，2：其中，Kpi 为电流内环的比例系数，TIi 为系统电流采样周期，KPWM 为 PWM 的比例系数，Tp 为系统时钟周期，Kn为变压器变比。3.2 电压外环 PI 设计 电压外环闭环传递函数为1，2：其中，Kpv 为电压外环比例系数，TIV 为电压外环积分系数，TV 为电压外环采样周期，C 为电容。4 仿真与仿真结果 4.1 仿真模型与参数设置 根据原理图搭建仿真电路，其中移相控制系统仿真如图2，PI 调节器仿真搭建如图 3。PI 参数整定要考虑系统的调节时间、超调量与稳定性3，4。由经验法，通过不断地仿真验证，电流内环 P=2.99，I=1600，电压外环 P=0.00025，I=800。4.2 仿真结果 在 MATLAB 中绘制伯德图。在 Au0 内，相频特性曲线-180正负穿越差为 0，则系统稳定5。图 4 中，截止频率对应相角为-180，系统达到稳定临界状态相角裕度为 65，图 5 中，截止频率时对应相角为-180，系统达到稳定临界状态相角裕度为 37，系统的稳定裕度充足，稳定性良好。在给定值 U0=100V 时，UC0如图 6 所示。V0 在 0.5s 左右稳定在给定值，UC0 最大超调量？滓%=35%，上升时间 tr=0.04s，双闭环 PI 参数设计满足系统动态指标。5 结束语 本文在选取的移相控制全桥变换电路传递函数的基础上，设计了双闭环电流内环与电压外环的 PI 调节器，采用MATLAB 对双闭环移相控制全桥变换进行仿真，得到稳定跟随给定的输出，验证 PI 调节器设计合理，参数选取满足设计要求，为设计实际电路系统做参考。