瞬时值反馈控制

信息科学术语

分别预先给定主电机电流的上限值和下限值，将其与电动机电流的瞬时值比较，在其电流达到上限或下限值时，关断或开通斩波器，称为瞬时值反馈控制（Instantaneous feedback control）。

瞬时值反馈控制

采用晶闸管斩波器的车辆在加速时，为使其加速度恒定，需要进行恒流控制。

这种电流控制的方法是分别预先给定主电机电流的上限值和下限值，将其与电动机电流的瞬时值比较，在其电流达到上限或下限值时，关断或开通斩波器，称为瞬时值控制。

而检测出主电机电流的平均值与给定值比较来控制斩波器的开通与关断的方式称为平均值控制。

瞬时值反馈控制和平均值反馈控制

瞬时值控制

这种方式如图1所示，是预先给定电流脉动的上限和下限值，将其与电流瞬时值比较，控制新波器的开通与关断的方式。

因而，这种直接控制电流脉动值的方式，应用在电气车辆上具有不管车辆速度如何脉动率保持恒定的优点。另外，控制系统本身具有瞬时响应特性。

但是，因为把电流的脉动幅度固定，所以斩波器频率随导通比α的变化发生大幅度地变化，因此，必须注意到有与驱动系统发生共振的频率范围这一问题。

平均值控制

这种方式的方框如图3所示，电路中设置了给定斩波器工作频率的振荡器和控制导通比的移相器，根据电流给定值和负载电流平均值的偏差，控制移相器的输出。

比较

与瞬时值控制比较，响应速度稍差，但因为其工作频率由振荡器决定，所以控制系统稳定易于制造。现在，一般都采用这种平均值控制方式。

逆变器电流瞬时值反馈控制

Buck型逆变器具有输出电压波形质量高、输出容量大等优点，被广泛应用于变频电源、不问断电源、新能源发电等场合。Buck型逆变器的控制策略对于系统静态和动态性能、可靠性、负载能力和短路能力等方面起到了十分重要的作用。

逆变器的控制策略，主要包括基于系统模型的控制(线性PI、无差拍和滑模)、与系统模型无关的控制(神经网络、模糊控制)和混合控制(模糊滑模、模糊PI)3类。其中，基于系统模型的控制，其性能指标可通过模型得到，并易于设计。无差拍控制实质上是根据系统方程和状态反馈实时地计算出本节拍所需要的输出，系统动态响应快，但模型须相当精确。线性PI控制中的电流瞬时值控制技术，具有稳定性好、动态响应快和音频衰减率大等优点，属于平均电流型控制。

Buck型逆变器电流瞬时值反馈控制，包括电感电流瞬时值反馈控制与电容电流瞬时值反馈控制2种。

电路拓扑及其电流瞬时值控制策略

电流瞬时值控制差动正激直流斩波器型高频环节逆变器的电路拓扑和控制策略，如图5所示。该电路拓扑是由2个双向功率流有源钳位正激直流斩波器以输入端并联、输出端反向串联后，接LC滤波器构成。其中，u0为逆变器输出电压；iCF、iLF分别为输出滤波电感电流、输出滤波电容电流。图5中，if分别iCF、iLF取的反馈，即构成了电感电流瞬时值反馈控制和电容电流瞬时值反馈控制。

电感电流与电容电流两种瞬时值反馈控制Buck型逆变器的小信号模型如图6所示。其中，Gui(s) 、Guc(s)分别为电流内环与电压外环调节器，Up为单极性三角载波幅值，kif 、 kuf分别为电流内环与电压外环反馈系数。

两种电流瞬时值反馈控制方法比较

系统稳定性

将在功率和控制参数相同条件下来对比研究电感电流与电容电流瞬时值反馈控制策略。

在相同负载条件下，电感电流瞬时值反馈控制的Buck型逆变器更易于稳定;当逆变器空载时，稳定条件最为苛刻，2种控制逆变器的稳定条件相同。

外特性

获得的传递函数幅值与输入电压关系曲线，如图7、图8所示。

可以看出，逆变器空载时，

逆变器输出电压随输入电压增加而增加电感电流瞬时值反馈控制逆变器，输出电压随负载电流增加而降低，外特性较软，而电容电流瞬时值反馈控制逆变器，输出电压随负载电流增加而增加，外特性硬。

对于电容电流瞬时值反馈控制，由于负载电流处于电流内环，若系统满足

电压外环控制对象Guc(s)大大削弱了负载电流对输出电压的影响，使得逆变器输出电压对负载电流变化不敏感，输出外特性硬。

对于电感电流瞬时值反馈控制，要消除负载电流的影响，除满足外，还要满足:

显然2个条件不能同时满足，故电感电流瞬时值反馈控制的逆变器，负载电流对输出电压影响较大。

电流瞬时值控制变频调速系统

电压型逆变器是由直流电压源供电的，电流型逆变器是由直流电流源供电的。逆变器的开关器件一般多采用全控型开关器件，直流回路由二极管整流桥或蓄电池供电，并联有大电容。逆变器中各开关器件V1～V6是由参考正弦电流信号iA，iB、ic与各相电流瞬时值信号ia、ib、ic分别进行比较所产生的差值继电信号控制的，如图9所示。

现在考虑A相电路，设V1导通，即绕组A接电源正端，电压UA0为正，A相电流ia增加。

当ia大于iA的数值超过继电元件滞环宽度△时，继电元件动作，使V1关断，V4导通(其间转换要设置一定的封锁时间，以防止直通)，于是uA0变负，ia下降。如此反复通断，使电机电流ia始终以滞环宽度为界跟踪参考正弦电流iA变化。比较器和继电元件的特性以及逆变器输出电压与电流波形如图10所示。这样电机电流瞬时值ia、ib、ic基波分量的幅值和频率就分别与参考正弦电流信号iA、iB、iC的相同，亦即前者可以通过控制后者而改变。电机电流幅值仅与参考电流幅值有关而与负载阻抗以及电压源内部的变化无关，因此就其实质来讲，逆变器是作为电流源工作的。输出电流紧紧跟踪控制电流变化，故又称电流跟踪型或电流随动型逆变器。

电机电流瞬时值峰一峰之间波纹的大小取决于滞环的宽度。如果滞环宽度取得比较小，则电流的谐波含量以及最大瞬时值都比较小，这会降低电机的发热和额定值，减小电流脉动。特别是电流最大瞬时峰值低，对使用功率晶体管作开关器件很有利，因为晶体管允许的最大瞬时电流峰值与连续电流额定值之比较低，对采用普通晶闸管或门极可关断晶闸管也有利，因为这可以减轻它们的换流负担。但滞环宽度小，调制频率就要高，又会受器件开通和关断时间的限制。为了能有较高的调制频率，应选用快速开关元件，如IGBT和VDMOS。凋制频率还受逆变器换流电路允许的开关频率和开关损耗以及电流检测速度的限制。检测实际电流用的电流传感器必须是具有很宽通频带的高性能传感器，例如高灵敏度的霍尔效应传感器。

在图10所示的变频调速系统中，转差给定信号经函数变换器变换后得到电流给定信号，它作为参考正弦波幅值Usm以控制电流、磁通和转矩；转差频率ω2与实际角频率信号ω之和形成给定频率信号ω1在这里作为参考正弦波频率给定信号ω1。参考正弦波发生器产生的基准正弦信号就通过继电元件和电流瞬时值反馈来控制逆变器输出的电流和频率。系统转差频率内环使其具有上节所述转差控制的优越性能。为了提高系统的动、静态性能，在电流环的外面设置转速环，并且转速调节器采用PI调节器。

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