第24卷第6期 空军雷达学院学报 Vol|24 No.6 2010年12月 Joumal of Air Force Radar Academ Dec.2010 文章编号:1673—8691(2010)06—0429—03 基于单周期控制的单相交流电子负载的研究 贾月朋 ,任稷林。,祁承超 ,徐辉 (1.空军雷达学院研究生管理大队,武汉430019; 2.空军雷达学院科研部,武汉430019 3.空军雷达学院五系,武汉430019;4.河北博野中学,河北保定071300) 摘要:为实现交流电子负载模拟阻性负载以及任意功率因数的感性和容性负载,基于单周期控制建立 了包括电压型PWM整流器与单周期控制器两部分的单相交流电子负载模型.其中,PWM整流器采用单极性 调制方式,控制器采用双环控制,其外环为直流电压控制环,内环为交流电流控制环.然后利用Matlab/Simulink 软件对在不同属性负载下的单相交流电子负载进行了仿真.仿真结果表明:单周期控制单相交流电子负载能 够较好地完成各种负载特性的模拟,抗扰性强,响应快,阻性、阻感性、阻容性3种负载的响应时间分别为100ms、 160ms和170ms,验证了单周期控制策略的有效性和实用性. 关键词:交流电子负载;单周期控制;单极性控制 中图分类号:TM461 文献标志码:A DOI:10.3969/j.issn.1673-8691.20lO.O6.011 交流电子负载主要应用于各种电源的测试, 电压矢量 即可实现电子负载的各种特性. 可以模拟真实环境中的负载(用电器),连续调节 负载大小,具有体积小、重量轻、节省安装空间、实 | 。 验性能优良等特点,解决了测试中的精度问题 J. , [‘ ,单周期控制(occ)技术具有抗电源扰动能力强、动 态响应快、鲁棒性强、恒频控制等优点,而被广泛 图1交流侧矢量关系 应用在各类变换器中.单周期控制的电路具有电 路简单、成本低、可靠性高等优点 J. 单周控制单相交流电子负载电路包括电压型 目前交流电子负载的控制策略主要有矢量控 PWM整流器和控制器两部分,如图2所示. 制、滞环比较控制等,单周期控制应用很少.本文 将单周期控制策略应用于单相交流电子负载控制 中,整流控制方式采用单极性控制.首先对单周期 控制单相交流电子负载的原理进行分析,然后给 出电感电容参数计算方法.通过Matlab/Simulink软 件对其阻性、阻感性、阻容性等各种负载特性进行 仿真,对仿真结果进行了详细的分析,并给出相应 的结论. 1 单周期控制单相交流电子负载的工作 原理 稳态条件下,单相交流电子负载在纯阻性、阻 图2单周控制电子负载电路 感性、阻容性3种工作特性下的PWM整流器交流 假设开关期问的导通压降和开关损耗可以忽 侧矢量关系L3 如图1所示. 为电网输入交流电 略,由于开关频率远远大于电源频率,则在每个开 压, 为电感电流.假设I l不变,则I l=毗J I 关周期内,系统可以等效为Boost升压电路.开关 也保持不变,整流器交流电压矢量 端点运动 的占空比D=To / 由单周期控制器决定. 轨迹构成一个以I l为半径的圆.通过控制交流 全桥整流控制方式主要分为双极性控制方式 收稿日期:2010—06—09 作者简介:贾月朋(1985一),男,硕士生,主要从事电力电子与电力传动研究 430 空军雷达学院学报 2010生 和单极性控制方式.双极性控制是对角的一对开 关为同步开关,桥臂上下管之间除死区时间外为 互补开关,控制相对简单,但是它的开关损耗高, 存在很大的开关谐波,而单极性控制可以很好地 解决这些问题 J.为使整流器按照预定模式工作且 具有较高的效率,本文采用直接电流控制方式,即 引入交流电流反馈,控制器的框图如图3所示.控 制器主要由PI调节器、乘法器、移相器、单周期控 制器、过零比较器以及逻辑驱动器等部分组成. 图3控制器框 采用双环控制,其外环为直流电压控制环,内 环为交流电流控制环.直流输出电压给定信号 与电容两端电压 比较后的误差信号送入PI调 节器,PI调节器的输出即为主电路交流输入电流 的给定幅值 .由PI调节器原理可得 =( + )( r—Uo) (1) 式中 和 分别为PI调节器的比例调节系数.PI 输出信号与输入电源信号的相位信息相乘,可得 到信号 f f=Lr。fsinogt (2) 移相器将 移动相位角≯,其中 是根据给 定负载特性决定,得到交流输入电流的给定信号 i。 = sin(∞f一 ) (3) 通过单周期控制器,i 与实时输入电流信号i 进 行比较,得到开关管的驱动信号.单周期控制器由 积分器、比较器和RS触发器组成.在图3中,信号 经过积分器和加法器后得到 1=一 _J。tf .r( df+ r( (4) 式中 为开关周期.当积分值 。达到实时输入交 流电流 (fs=fL)时,RS触发器就复位,S变为截止 状态,实时积分器复位,以准备下一个开关周期. 此时输入交流电流为 f。( =一— 1 Jt。z. r( d + 。 r( (5) 因此,控制器在一个开关周期内可以瞬时控制输 出信号. 通过单周期控制器得到的PWM信号通过与 过零比较器得到的方波信号进行逻辑运算,即可 得到单极性驱动波形. 2基于Matlab/Simulink仿真与分析 2.1主电路参数选择 滤波电感的大小既影响输入电流的开关纹波, 又影响实际电流的跟踪速度.对单极性调制方案, 滤波电感 _6 应满足 △f 一 一厶 、 09 (6) l 式中 为输入电压峰值, 为输出直流电压, △ 为交流电流变化最大值,,帅为交流电流基波 峰值,∞ 为电源电流角频率. 直流侧电容具有稳定直流侧电压与抑制谐波 电压的作用.电容C的选择 应满足 C L r ̄ I{m (7) 式中 为输入电流最大值, 为电源电流纹波系 数, 为直流电压纹波系数. 单周控制电子负载电路的基本参数为:正弦 交流输入Us=220V,. =50Hz,L=2.2mH,输出c =3 000IJF,负载电阻R =80Q,直流输出给定电压 设置Uo=400 V. 2.2仿真结果与分析 本文分别对纯阻性、阻感性、阻容性这3种负 载特性下系统的工作情况进行了仿真.令 (力为 输入电压,f ( 为输入电流,“AB(f)为桥臂中点电 压,uo(t)为负载两端的直流电压,则仿真结果如图 4一图6所示. t/S (a)输入电压电流波形 t/s (b)桥臂中点电压与负载两端电压 图4纯阻性负载时仿真波形 第6期 贾月朋,等:基于单周期控制的单相交流电子负载的研究 431 t}S (a1输人电压电流波形 t/s (b)桥臂中点与负载两端电压 图5阻感性负载时仿真波形 对纯阻性负载模拟,输入电流总谐波畸变率 THD=4.21%,输入功率因数 =0.998 9.由图4可 知:Us( 与f。(f)严格同相,即 =0;UAB(/)波形显 示整流器工作在单极性状态下;经过100ms输出 电压u。(力稳定在400V左右,满足负载对输出电压 的要求. 由图5可知: 滞后阮60。,即 =60。,负载为 阻感性; 跟踪输入交流电压“ 良好;经过160ms 后输出电压稳定在400V. 由图6可知:i。超前U。60。,即 =-60。,负载为 阻容性,i 跟踪输入交流电压U 良好;经过170ms 后输出电压稳定在400V. 从以上3组仿真波形及数据可知,本文所建立 的电子负载模型可以较好地完成各种负载特性的 模拟,单周期控制方式的抗扰性强、响应快的特点 在单相交流电子负载中充分体现出来. 3结论 t/S (a)输入电压电流波形 f/s (b)桥臂中点与负载两端电压 图6阻容性负载时仿真波形 本文阐述了单周期控制单相交流电子负载电 路的工作原理和方法,利用Simulink软件建立系统 模型并对电子负载的各种不同负载特性进行仿真 研究.仿真结果表明:单周期控制单相交流电子负 载具有简单、抗扰性强、响应快等优点,可以应用 于各种电源测试中. 参考文献: [1]KENNEDY G,BURTON P.A measurement module for automated power supply test equipment[C]//IMTC 2000: Vo1.2.IEEE,2000:849.854. 【2]刘松斌,王明彦.单周期控制PWM整流器的研究[J].电 气传动,2008,38(6):31—33. [3]杨超.基于DSP控制的交流电子负载的研究[D].南京: 南京航空航天大学,2008:l一84. 【4]宋健,陈增禄,陈战斌.基于电压型PWM整流器的电子 负载研究[J].西安工程大学学报,2008,22(5):596—599. [5】阳岳丰,吕征宇.全桥逆变单极性SPWM控制方式过零 点振荡的研究[J].电源技术应用,2005,8(9):16—19. 【66J 唐丽丽,郑琼林.单相PWM整流器主电路参数选择探讨 fJ].北方交通大学学报,2000,24(4):98。102. (下转第442页) 442 空军雷达学院学报 2010盘 算法的性能有明显的提高.本文算法相比BM算 法,当模式串长度为5时提高了7.9%,当模式长度 为10时提高了10.7%,模式长度为15时提高了 9.8%,模式长度为20时提高了5.1%.同时可知当 文本长度固定时,算法执行时间随着需要匹配的 模式串长度的增加相应缩短.综上所述,本文算法 在匹配时间上有相对明显的优势. 低.因而该算法还可做进一步的研究,例如在此基 础上改进AC.BM这个多模式匹配算法,增加一次 匹配模式数目,从而提高入侵检测系统中检测引 擎的效率. 参考文献: [1】BOYER R S,MOORE J S.A fast string searching algor- ithm【J].Communications of the ACM,1977,20(1O): 4结束语 本文在分析了BM算法和一些改进算法的基 础上,提出了一种新的改进算法.该算法充分地利 762—772. [2]Nigel—Horspool R.Practical fast searching in strings[J] .Practice and Experience,1 980,1 0(6):50 1—506. [3]DANIEL M S.Veryfast substring search algorithm[J]. .用文本串的信息来提高移动量,减少窗口比对次 数.测试表明该算法能有效地提高模式匹配的效 Communications of the ACM,1990,33(8):132—142. [4]周四伟,蔡勇.AC—BM算法的改进及其在入侵检测中的 应用[JJ.微计算机应用,2007,28(1):27—31. 率,从而使入侵检测系统的性能有较大的提升.由 于该算法为单模式匹配算法,每次只能对一种模 式进行匹配,相对于多模式匹配算法来说性能略 [5】袁静波,郑吉森,丁顺利.一种BM模式匹配算法的改进 [J1.计算机x-程与应用,2009,45(17):105.107. [6]程玉青,梅登华.入侵检测系统中BM模式匹配算法的改 进[J】_计算机技术与发展,2009,19(3):172.174. A New AIgorithm for Pattern Match Based on BM Algorithm CHEN Jun—wei ,MEI Jin-jie (1.Department ofGraduate Management,AFRA,Wuhan 430019,China;2.No.4 Department,AFRA,Wuhan 430019,China) Abstract:To improve the speed and benefit of pa ̄em match in an intrusion detection system,a new improvement of algorithm was proposed,on the basis of analyzing BM algorithm and its related improvement of algorithm,where the merits of BMH and BMHS algorithms were integrated and the uniqueness of the last character ofcharacter s ̄ing and its corresponding to the next character oftext string was utilized.Meanwhile,the information of text string was taken into account and the matching times were reduced greatly while the characters of text string were skimmed as many as possible,realizing the fast search ofthe text string without matching each character oftext string.Experimental results show that the improved algorithm can effectively enhance the speed ofpaRem matching. Compared with BM,BMH and BMHS algorithms,the new algorithm can boost the performance by 9.9%,6.2%and 3I3%in the pattem length is 15.improving the eficiency oftfhe intrusion detection. Key words:intrusion detection;paaern match;BM algorithm (上接第431页) Research on Single—Phase AC Electronic Load Based on ORe-Cycle Control JIA Yue—peng ,REN Ji—lin ,QI Cheng-chao ,XU Hui (1.DepartmentofGraduateManagement,AFRA,Wuhan430019,China;2.Division ofScientiicResearch,AFRA,Wuhan430019,Chifna; 3.No.5 Department,AFRA,Wuhan 430019,Chma;4.Hebei Boye Middle School,Baoding 071300,China) Abstract:To realize an AC electronic load that can simulate a resistive load and inductive as well as capacitive loads with arbitrary power factor,a model of single—phase AC electronic load was set up based on one—cycle control, including voltage—type PWM rectiier and one—cycle controller,where tfhe unipolarity modulation mode is used in the rectifier while the double—loop control with the outer loop as the DC voltage control and the inner one as AC current control is employed in the controller.By using Matlab/Simulink software,single—phase AC electronic load correspon- ding to various types ofloads was simulated,showing that the AC electronic load with one-cycle control can fulfill bet- ter the simulation ofvafious load characteristics,having the advantages ofstronger anti—interference,fast response and the response time ofresistive,resistive—inductive,and restive—capacitive being 1 00 ms,1 60 ms and 1 70 ms respectively, thus verifying the availability of one—cycle control strategy. Key words:AC electronic load;one-cycle control;unipolarity control