[科普中国]-单周期控制

概念

单周期控制即OCC(One Cycle Control)。它是90年代初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控制技术。它通过控制开关的占空比，使每个开关周期中开关变量的平均值严格等于或正比于控制参考量。平均输入电流跟踪参考电流且不受负载电流的约束，即使负载电流具有很大的谐波也不会使输入电流发生畸变。它属于电力电子运用的范畴。

因而将单周期控制技术应用于三相整流器中可以实现低电流畸变和高功率因数，这种控制方法取消了传统控制方法中的乘法器，使整个控制电路的复杂程度降低，具有动态响应快、开关频率恒定、鲁棒性强、易于实现等优点，是一种很好的控制方法。

其大多数采取的控制方案是首先通过线性化控制方程逼近这个非线性动态系统，然后采用线性反馈技术进行控制。这种方法限制了开关非线性系统的功能。而单周控制没有这种限制，因而得到广泛认可1。

基本原理为对单周期控制技术进行说明，现以单周期控制降压变换器为例进行说明。

图中，电路工作时，由控制器以恒定频率产生开通脉冲开通开关S，二极管VD的电压VS经积分器后输出电压Vinf，当Vinf达到给定电压Vref时比较器输出翻转，控制器发出关断信号关断开关S；与此同时，控制器发出的复位信号使实时积分器复位至零，为下一周期做好准备。可以看出，降压变换器的输出电压是二极管电压的平均值，即被开关周期断开的二极管电压波形曲线下的面积：

如果给定信号Vref为常数，二极管的平均电压VS就为常数，从而输出电压就为常数。积分值连续的与恒定的控制参考量相比较，如果输入电压变高，积分值能很快达到控制参考量，占空比随之变小；若输入电压降低，则占空比将变大。如果控制参考量是变化的，那么在一个开关周期内，二极管电压的平均值等于变化的控制参考量，输出电压等于控制参考量。控制参考量在每个阶跃期间内改变它的值，二极管电压的积分值会立即跟踪控制参考量，对于这个控制原理，占空比d由下式确定。

可见，占空比d是输入电压Vg和给定电压Vref的非线性函数。因此这种控制方式属非线性控制。由于这种非线性控制，使得VS的电压平均值在每一开关周期内都与Vref完全相同，并且与输入电压Vg无关。这样，输出电压V0便是给定电压Vref的线性函数2：

特点及运用1 将单周期控制技术应用于三相整流器中可以实现低电流畸变和高功率因数，这种控制方法取消了传统控制方法中的乘法器，使整个控制电路的复杂程度降低，具有动态响应快、开关频率恒定、鲁棒性强、易于实现等优点，是一种很好的控制方法。

2 单周期控制是一种实用的非线性控制,它可以抑制输入电压的扰动,使系统具有良好的跟随特性和较强的抗扰动性,同时,控制电路变得简单可靠,系统的体积大为缩小。单周期用在SPWM电路中,可提高输出电压瞬态响应的速度和稳定度,改善逆变器的性能。

3 单周期控制具有对外部干扰响应速度快，控制过程无过冲特点。将其应用到单相光伏并网发电系统逆变器的控制中，可提高逆变器的抗干扰能力。