Ich habe einen Spannungswandler, der eine 400-VDC-Quelle in eine Sinuswelle von 240 VAC bei 50 Hz umwandelt. Der Wechselrichter basiert auf einer H-Brücke. Der Wechselrichter funktioniert gut, aber ich habe Schwierigkeiten zu verstehen, wie die Ausgangsspannung gesteuert wird, falls der Ausgang über den gewünschten Wert (240 VAC) steigt oder fällt. Die MCU, die die H-Brücke antreibt, liest die Ausgangsspannung über einen Abwärtstransformator.
Funktioniert nur die proportionale Steuerung oder muss ich PI implementieren? Ich habe überlegt, etwas wie folgt zu implementieren: Wenn die tatsächliche Spannung geringer als die gewünschte Spannung ist, erhöhen Sie den Arbeitszyklus um 5%. Erhöhen Sie die Einschaltdauer weiter um 5 %, bis der Ausgang 240 VAC erreicht.
Wenn die Ausgangsspannung höher als 240 VAC ist, verringern wir den Arbeitszyklus um 5 % pro Iteration, bis wir den gewünschten Ausgang erreichen.
Ist es wahrscheinlich, dass ein solches Schema das System instabil macht? Gibt es einen besseren Weg, dies zu tun?
Als Antwort auf Ihre zweite Frage (die am einfachsten ist): Ihr 5-%-Schema führt zu einem System, das fast garantiert ein gewisses Maß an Instabilität aufweist. Nehmen wir an, dass (nur als Beispiel) ein Arbeitszyklus von 50 % eine etwas niedrige Ausgabe ergibt und 52,5 % (1,05 mal 50) eine etwas hohe Ausgabe. Dann "jagt" das System und schaltet zwischen den beiden Arbeitszyklen hin und her. Dies ist ein klassisches Problem bei Rückkopplungssystemen mit quantisierten Ausgängen. Die Lösung ist ebenfalls klassisch – Richten Sie eine „tote Zone“ ein, in der kleine Fehler um die gewünschte Ausgabe herum ignoriert werden. Im Allgemeinen muss die Totzone gleich oder größer als die doppelte Ausgangsquantisierung sein; in Ihrem Beispiel +/- 5%.
Die erste Frage ist etwas schwieriger, da es darauf ankommt, wie viel Fehler Sie tolerieren können. Ein Proportionalregler liefert einen Fehler proportional zum Kehrwert der Rückkopplungsverstärkung – je höher die Verstärkung, desto geringer der Fehler. Im Prinzip kann dieser Fehler durch Erhöhen der Verstärkung beliebig klein gemacht werden. Da es jedoch immer um eine solche Schleife herum zu Verzögerungen kommt (in diesem Fall ist die offensichtliche die Gleichrichtung und Filterung des Ausgangs des Rückkopplungstransformators, aber die Filterung, die zum Entfernen von Oberwellen aus dem Brückenausgang erforderlich ist, zählt auch), steigt sie irgendwann an Gain führt dazu, dass die Schleife grob instabil wird. Wird diese Grenze erreicht, während der Fehler zu groß ist, sind raffiniertere Maßnahmen erforderlich. Auch das ist ein klassisches Problem, und Sie kennen die klassische Lösung – einen PID-Regler. Ob Sie diese Lösung benötigen oder nicht – das liegt ganz bei Ihnen. Ohne eine detaillierte Systemanalyse kann das niemand sagen.
Ich würde vorschlagen, dass Sie die Dinge etwas anders sehen ...
Um Instabilitäten aufgrund von negativer Rückkopplung so weit wie möglich zu vermeiden, würde ich argumentieren, dass die 400-V-Gleichstromversorgung den Sinusausgang weitgehend auf dem optimalen Pegel halten würde, und wenn dieser Gleichstrompegel abfallen würde, könnte ich daraus schließen, dass meine Ausgangs-Sinusspannung abgefallen ist gleiche Anzahl. Mit anderen Worten, verwenden Sie Feed-Forward, um so viel wie möglich zu helfen, und sehen Sie dann, wie es funktioniert.
Wenn also die 400 V um 5 % abgefallen sind, erhöhen Sie die PWM um 5 %, um dies auszugleichen. Wenn Sie genauer als 5% steuern können (und dies kontinuierlich tun), würde ich in Betracht ziehen, genau das zu tun. Dies halbiert Ihr potenzielles Rückkopplungsproblem.
Wenn Sie nicht zufrieden sind, dass die 400-V-Gleichspannung "weitgehend" die Ausgangsamplitude widerspiegelt, laufen Sie dann mit den H-Brücken-Mosfets zu nahe an der Grenze?
Sie schlagen im Grunde einen Hystereseregler vor. Es funktioniert, aber es wird um seinen Sollwert oszillieren.
Der AP-Controller führt immer einen stationären Fehler ein. Der PI-Regler ist ein P-Regler ohne den stationären Fehler. Wenn dieser PI-Regler schnell genug ist und Sie die Spannung bei jedem Schaltzyklus messen, können Sie Ihren Wandler dazu bringen, auf alle Transienten zu reagieren, die durch das Einschalten einer großen Last verursacht werden. Sie benötigen jedoch einen rotierenden Referenzrahmen, um stationäre Fehler zu beseitigen.
Szymon Bęczkowski
Saad