一种新型单周期控制技术的设计与分析

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1、!"#$%电子测量技术第３４卷第３期ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２００９年３月一种新型单周期控制技术的设计与分析张善纯史延东宁飞（西北工业大学自动化学院西安７１００７２）摘要：详细分析了单周期控制技术的基本原理，同时与传统脉冲宽度调制技术做了比较，针对传统单周期控制技术在工作过程中需要快速复位积分器、并且结构复杂，在工程实际中实现比较困难等不足。提出了一种新型的单周期控制技术。该新型结构的控制技术不但继承了原单周期控制技术的优点，而且结构简单，实现容易。仿真结果证明了该新型单周期控制技术的可行性和有效性。关键

2、词：单周期控制；脉冲宽度调制；快速复位积分器中图分类号：ＴＭ５７１文献标识码：Ａ犇犲狊犻犵狀犪狀犱犪狀犪犾狔狊犻狊狅犳狀狅狏犲犾狅狀犲犮狔犮犾犲犮狅狀狋狉狅犾狋犲犮犺狀狅犾狅犵狔ＺｈａｎｇＳｈａｎｃｈｕｎＳｈｉＹａｎｄｏｎｇＮｉｎｇＦｅｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００７２）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ａｓｉｓｗｅｌｌｋｎｏｗｎｔｏａｌｌ，ｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＯｎｅｃｙｃｌｅｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｃｌｕｄｅｓａｆａｓｔｒｅｓｅｔ

3、ｉｎｔｅｇｒａｔｏｒｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｉｔｍｏｒｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏａｃｈｉｅｖｅ．ＯｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓｏｆｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＯｎｅｃｙｃｌｅｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｃｏｍｐａｒｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅＰＷＭｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄａｎｅｗｔｙｐｅｏｆＯｎｅｃｙｃｌｅＣｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｎｅｗｔｙｐｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｎｏｔｏｎｌｙｉｎｈｅｒｉｔｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｓｉｎｇｌ

4、ｅｃｙｃｌｅｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｂｕｔａｌｓｏｈａｓａｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｅａｓｉｅｒｔｏａｃｈｉｅｖｅ．ＴｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｃｏｎｆｉｒｍｔｈａｔｔｈｅｎｅｗＯｎｅｃｙｃｌｅｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｓｆｅａｓｉｂｌｅ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｏｎｅｃｙｃｌｅｃｏｎｔｒｏｌ；ＰＷＭ；ｆａｓｔｒｅｓｔｉｎｔｅｇｒａｔｏｒ量的平均值严格等于或者正比于控制参考变量，从而达到０引言［３］对输出的精确控制。单周期控制原理如图１所示，它主控制电路是变换器的重要组成部分，直接影响着变换要包括积分

5、器犃１、复位开关犛狉、比较器犃２和ＲＳ触发器。器的技术性能。开关变换器是脉冲式的非线性动态结构当时钟脉冲到来时，犚犛触发器置位（犙端为１），控制主开系统，大多数控制技术首先通过线性化控制方程逼近这个关犛导通，复位开关犛狉关断。在这个状态中，开关变量非线性系统，然后再采用线性反馈校正技术。这种方法限狔（狋）等于输入变量狓（狋），积分器犃１开始积分，直到积分制了开关非线性系统的功能，因此就需要一种新型控制技输出狌等于控制参考狌，比较器输出脉冲狌，犚犛触发器犲狉狆术来减小对非线性系统功能的限制，它应具有快速的动态复位（犙端为０，犙端为１），控制主开

6、关犛关断，复位开关响应和高的抗输入干扰的能力。犛狉导通。开关变量狔（狋）为零，直到下一个脉冲的到来。单周期控制技术利用了开关转换器脉冲的非线性属其对应的时序如图２所示。性，达到对斩波电压或电流平均值的瞬态控制。开关变量在一个开关周期中精确的跟随控制参考，不但可以获得较高的带宽，能有效地消除电源纹波干扰，而且控制方法简［１］［２］单，在各种ＤＣ／ＤＣ、ＤＣ／ＡＣ、ＡＣ／ＤＣ变换器中得到了广泛的实际应用。１单周期控制的基本原理单周期控制技术是２０世纪９０年代发展起来的一种非线性大信号ＰＷＭ控制理论，也是一种模拟ＰＷＭ控制技图１单周期控制原理图术。

7、它通过控制开关的占空比，使每个开关周期中开关变·１２·张善纯等：一种新型单周期控制技术的设计与分析第３期后还有一些不可预知的谐波成分存在，单周期控制可以消除大部分的谐波成分，大大减少输出谐波含量。３）单周期控制的参考信号和输出值之间的延迟小于［５］ＰＷＭ调节方式。不足之处有：１）在硬件设计方面比ＰＷＭ控制复杂，实现单周控制的电路需要有快速复位积分器，而ＰＷＭ控制不需要积分器；２）不是直接控制输出量而是间接控制开关变量，由［６７］于寄生参数或者半导体器件的压降，存在稳态误差。针对以上不足，下面提出的新型单周期控制技术能够在保持优点同时，克服其

8、存在的不足，从而使单周期控制图２单周期控制时序图具有更高的通用性、可实现性及准确性。下面就以恒定频率的单周期控制为例来讲述单周期３新型单周期控制技术控制技术的基本原