[科普中国]-滞环控制

滞环恒频

滞环控制具有设计简单易于实现，稳定性和瞬态性能好等优点。但是其开关频率不固定，开关频率可控性差，会产生频谱分布较宽的谐波，导致后级滤波器设计困难，这是限制滞环控制应用的主要原因。为实现滞环控制开关频率恒定，可以通过控制电路改变滞环带宽度来实现恒频控制。恒频变环法适用于电流参考变化较小的场合，当参考电流变化较大时控制方法的跟踪性能会下降。有一种双滞环控制方法，需要同时计算上下滞环宽度，并且上下环宽不一致，所以控制精度会下降。有的文献提出针对三相的平面抛物线环法，纹波电流限制在多个抛物线组成的平面环内，由于抛物线特点，可以保持开关频率基本恒定，但此方法不适用于包含多种频率参考电流的情况，且其控制方法过于复杂会产生较大延迟。研究人员提出了一种针对电压源型并网逆变器无环带的恒频滞环控制方法，基于预测的电流参考和系统参数构建开关函数来保证开关频率恒定。研究人员提出一种基于数字电路实现的无环带恒频滞环控制，通过构建控制方程实时调节数字电路采样周期来实现恒频滞环控制。无环带的恒频滞环控制方法主要针对控制结构进行改进，需要较复杂的逻辑电路实现，无法应用到本文电容电流滞环控制中。

对比滞环控制与传统恒频控制方法，变频和恒频的重要区别在于是否有周期性的信号作用于控制系统。传统恒频控制方法中均具有固定频率的时钟信号或周期性的载波信号作用于控制环节，使变换器具有固定的开关频率。

滞环电流控制的优缺点滞环电流控制的优点:
(1)不需要载波，控制方法容易实现;
(2)电流响应迅速，可以实现对电网谐波电流的迅速补偿:
(3)跟踪误差较小，可通过设置环宽大小将误差设定在一定范围内;
(4)闭环控制，有很强的稳定性能。

滞环电流控制虽然有上述优点但是也存在以下缺点:在采用传统滞环控制方法中，电流跟踪的精度与滞环宽度的大小密切相关，如果滞环宽度很大，可以使开关的工作频率与损耗在很大程度上有一定的降低，同时补偿性能也会降低，误差增大;反之，滞环宽度太小，可以跟好的对电流进行跟踪控制，但开关的工作频率与损耗都会大幅度增加，对开关器件的最高工作频率也有相应的要求，如果把环宽设走为某一数值，跟踪电流就会围绕实际电流在一个小范围内波动，但此时大功率开关器件的工作领率却是不稳定的，而且可能变化很大，这就提高了对开关器件的要求。

滞环控制与滑模控制滑模变结构控制理论日益完善并己在控制领域中得到了广泛应用。滑模变结构控制的基本思想是:通过控制作用将系统从任何一点出发的状态轨线拉到某一指定的切换面，然后沿着此切换面滑动到平衡点。滑模变结构控制是一种开关反馈控制系统，它完全适用于开关变换器及VRM，而且已有较多研究。滑模变结构控制对外界扰动和自身参数变化具有完全的自适应性，因此使得变换器对输入电压和负载电流的变化具有很快的响应速度。

理想的滑模变结构控制中，开关函数计算模块的输出连接到过零比较器以产生控制脉冲，控制开关的通断状态，改变系统结构，从而精确地实现控制目标。但这往往会使系统在切换面上的开关频率极高，实际开关元件的开关速度难以达到。因此，实际的滑模变结构控制系统中，都要采取降低切换面上开关频率的措施，其中滞环控制就是常用的降频技术之一。

滞环控制也称为bang-bang控制或纹波调节器控制，属于PWM跟踪技术，它具有实时控制、响应速度快、鲁棒性强的特点。作为滑模控制的降频措施，滞环控制是将开关函数计算模块的输出连接到滞环比较器以产生控制脉冲，控制开关的通断状态，改变系统结构，实现控制目标。改变滞环比较器的滞环宽度，可以改变控制精度，同时也可以改变系统在切换面上的开关频率，如减小滞环比较器的滞环宽度，一般可以提高控制精度，但却提高了开关频率;增大滞环比较器的滞环宽度，一般可以降低控制精度，但可以使开关频率得以降低。选取合适的滞环宽度及主电路参数可以使得在满足控制精度条件下，实际开关器件也可达到系统所要求的开关速度。

分布式滞环控制系统分布式滞环控制系统是指，系统由许多子系统构成，每个子系统配有一个独立工作的滞环控制器，例如，在分布式发电系统中的电压源逆变器控制，超市制冷系统分布式陈列柜中的温度控制等。在这类系统中，分布式滞环控制器独立执行各自工作，彼此不交换任何信息。分布式控制由于结构简单灵活得到广泛应用，但因为这些控制器是在互不知情的情况下设计和运转的，看似独立，实际上存在不可避免的祸合关系和相互作，乃至发生同步，最终导致系统的控制品质下降，能耗增加。实践中发现，在超市陈列柜分布式滞环控制系统中，一个陈列柜的温度控制会影响周围的几个陈列柜的温度，渐渐地几个温度控制器将趋于同步，最终同步现象的产生导致陈列柜的冷藏质量下降，系统能耗增加。1