[发明专利]基于动态相量法的数字移相调制器小信号建模方法

说明书

本发明公开了一种基于动态相量法的数字移相调制器小信号建模方法，包括(1)确定数字移相调制器输入及输出信号；(2)利用动态相量法将输入输出信号进行分解，推导输入扰动情况下输出信号动态相量的任意次谐波分量的通用表达式；(3)列写输出信号的时域表达式，对其进行广义动态相量分解，保留其主导谐波成分，忽略其他谐波分量；(4)对输出信号动态相量进行小信号扰动及一阶泰勒级数展开，写成通用表达式形式，得到数字移相调制器指令值与移相角之间的小信号传递函数。本发明揭示了数字移相调制器的小信号动态特性，方法简洁易于实现，为数字控制系统参数设计提供了相关理论基础及有效技术支撑，具有可行性和实用价值。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及一种基于动态相量法的数字移相调制器小信号建模方法。

背景技术

电力电子变换器具有强非线性特点，对频率变化极为敏感，因此控制方法的设计与实现至关重要。在电力电子变换器控制系统中，电压闭环控制是一种常见的控制方法，将输出电压采样值和参考值进行比较后输入至电压调节器，电压调节器一般采用PI控制器，其输出作为后级调制器的指令值。当采用移相控制时，移相调制器根据指令值和特定的移相调制方式调节主电路开关管驱动信号的移相角，通过移相角实现对变换器输出电压的控制。当采用数字控制系统时，采样数据处理、电压调节器、移相调制器等部分可通过DSP或FPGA完成。

建立系统小信号模型是设计控制器参数的前提条件。对于数字移相调制器，在调制过程中会产生附加的小信号动态过程。此时不能将其等效为一个增益固定的运算放大器的形式，而应该将其视作整个环路中单独的一个环节，对其小信号特性进行研究，为控制参数设计提供相关理论基础及依据。

在电力电子技术快速发展的现代工业中，可控器件的应用范围越来越广，在一些要求开关动作迅速的情况下，电力电子器件的动态特性就混杂了一些动态变化量和离散变化量，这是时域分析不能具体揭示原理的变化量，并且，虽然时域分析能够准确描述电路的变化，但是开关管在开通和关断时的非线性过程会使时域分析比较复杂，因此有必要引入动态相量法对电力电子系统的动态过程进行分析。动态相量法建模含义是对状态方程进行傅里叶分解，取级数中谐波次数较低的级数来近似原始波形，进而对所分析电路进行建模的方法。

动态相量法(Dynamic Phasor)，也被称为广义状态空间平均法(GeneralizedState-space Averaging Method，GSSA)，最早由Sanders于1991年提出。早期的动态相量法被用于谐振逆变电路和高频电路的分析和建模。以Stankovic为代表的国外研究人员将动态相量法应用发展到多种方向和领域的研究。近二十年来，国内许多专家也开始研究动态相量法在电力系统和电力电子电路中的应用，动态相量法的广泛应用说明了动态相量法具有仿真速度快、结果精度高等优点。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于动态相量法的数字移相调制器小信号建模方法。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于动态相量法的数字移相调制器小信号建模方法，具体包括以下步骤：

(1)确定数字移相调制器的输入输出信号；

(2)将输入输出信号进行动态相量分解，推导输入扰动情况下输出信号动态相量的任意次谐波分量的通用表达式；

(3)列写输出信号的时域表达式，对其进行广义动态相量分解，保留其主导谐波成分，忽略其他谐波分量；

(4)对输出信号动态相量进行小信号扰动及一阶泰勒级数展开，写成通用表达式形式，得到移相调制器指令值与移相角之间的小信号传递函数。

步骤(1)具体包括：

输入信号为移相角指令值，输出信号为开关管驱动信号；