文档介绍：最新同步切换最优控制锁相环o变频电源与工频电源的最优同步切换同步切换/最优控制/锁相环1引言在使用交流变频调速的场合~由一台变频器控制多台电机,一控多,时~需[1,2,3]要实现变频器和工频电源之间的切换控制。比较先进的控制方式是同步切换~这种方式是将电机用变频电源加速到工频~再使变频电源的输出与工频电网的频率及相位相一致~确认后将电机由变频电源切换到工频电源~即采用锁相控[4]制。冲击电流小是其最大的优点。但是一般的锁相控制用的是PI控制器~响应速度太慢~导致切换过程太长~对整体控制系统性能指标有严重影响。针对此[5]问题~本文提出应用时间最优控制以提高响应速度~但仿真发现稳态误差较大~[6,7]因此改用基于趋近率的变结构控制~并得到了较好的结果。2锁相环的基本工作原理锁相环路,PLL,是一个相位跟踪系统。设工频电源信号:(1)式中U是工频信号的幅度~一般可认为是常数,iω是工频信号的频率~一般可认为是常数,iθ(t)是工频信号的瞬时相位~也是u(t)的初始相位~一般可认为是常数。ii设变频器输出,基波,信号(2)式中U是变频器输出信号的幅度~一般可认为是常数,0ω(t)是变频器输出信号的频率~是受控变量,0θ(t)是变频器输出信号的瞬时相位~是受控变量。0那么锁相环路的目标是使输出信号u(t)的相位θ(t)跟踪输入信号u(t)的00i相位θ(t)~是一个闭环的相位控制系统。i3环路的动态方程从输入信号加到锁相环路的输入端开始~一直到环路达到锁定的全过程~称为捕获过程。捕获过程所需的时间称为捕获时间~它与环路的参数和起始状态有关。为使捕获过程最短~需要建立环路的动态方程以便推导优化算法~本节的任务是建立环路的动态方程。:,3,在式(3)中~θ(t)是以输入信号的载波相位ω为参考的~而θ(t)则是以受iit0控变频器基波相位ω为参考的。由于参考不同~θ(t)与θ(t)无法直接比较~iti0因此需选择统一的参考相位。为参考相位~则输入信号的瞬时相位可为分析方便以输出信号的基波相位ω0t改写为:(4)令:(5)为工频信号频率与变频信号频率之差~称为环路的固有频差。再令:(6)为输入信号以ω为参考的瞬时相位~因此4式可改写为:0t(7)同理~变频输出信号的瞬时相位可以改写为:(8)(9)式中θ(t)也是以ω(t)为参考的瞬时相位。那么利用式(6)和式(9)可表示输20入出信号的相位。有了共同的参考就很容易比较。将式(6)和式(9)代入式(3)的到环路的瞬时相位差:(10)瞬时频差:(11)当输入角频率与输出角频率不同时~两信号矢量将相对旋转~其夹角θ(t)将随时间无限增大~这便是失锁状态。只有当两者角频率相等时~夹角eθ(t)维持不变~通常数值又小~这是锁定状态~也是切换所要求的状态。:鉴相器,PD,、环路滤波器(LF)和压控振荡器,VCO,。如图1所示。~基本原理如下所述。假设工频电源为正弦信号,一般均能满足,~变频电源经滤波后可近似为正弦信号,近似程度取决于滤波电路的好坏,。为了与数字控制系统相匹配而采用触发器型数字鉴相器~其组成示意图如图2,工作原理如图3。当检测到工频输入信号正向过零点时~触发器臵“1”~而变频输入信号使触发器臵“0”复位。两信号过零点之间间隔可控制高速时钟计数~计数值便反映了相位误差的大小。在图3中若把变频输入信号及其过零检测电路去掉~则触发器臵“1”对应正弦信号正半周~对其计数~计数值便反映了信号的频率。瞬时相差与计数器的计数值成比例~所以可以近似为一个线性比例环节。~压控振荡器就是变频器~与电子学中的压-频变换器稍有不同。类[8]似于文献中的推导~本文根据的Padé近似导出变频器的近似模型:(12)式中:f是设定最大频率,mt是输出频率从零增加到最大频率时的时间,mβ是频率上升斜坡的斜率,k是频率给定信号到频率的放大倍数。若记~则式,12,可写为:(13):(14)取变化量是为了方便分析。工频电压频率通常固定为50Hz~锁相的要求为使变频器输出的频率也为50Hz~并且两者相差为零。根据捕获过程对起始频差的[4]要求~需先调节变频器输出的频率与工频基本一致~此时的变频器模型近似为一阶惯性环节容易控制~不详细研究。在此可假设系统已进入捕获带~那么变频信号的瞬时角频率可表示为:(15)式中ω=ω=2πf=100π,0i0为变频器输出电压基波的瞬时角频率在工频附近的变化量。将式,14,代入式,15,得:(16)则变频器输出