電力電子控制中如何確定傳遞函數(shù)做電力電子控制的第一步就是和各種調(diào)節(jié)器打交道，常用的都是PI調(diào)節(jié)器，也有些場(chǎng)合需要PR調(diào)節(jié)器（比例諧振）。調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)置通常有兩種方法，一種靠蒙，一種靠算。前者是大部分初學(xué)者都會(huì)采用的，網(wǎng)上也有人總結(jié)了各種蒙的口訣。但我認(rèn)為不太適合電力電子控制，因?yàn)殡娏﹄娮永锩娴目刂茍?chǎng)景大部分都是已知控制對(duì)象的參數(shù)（或者可以通過(guò)某些測(cè)試可以估算出其參數(shù)），面對(duì)的是一個(gè)白盒，所以還是應(yīng)該靠算，才能到達(dá)理想的控制效果，自己也才有底氣。不過(guò)我有時(shí)也聽(tīng)到一些觀點(diǎn)，算的結(jié)果只能是個(gè)范圍，最終還要靠手動(dòng)微調(diào)，我想說(shuō)的是，算出來(lái)的參數(shù)效果不好，那是因?yàn)槟闼沐e(cuò)了。在實(shí)際操作中，要確定控制參數(shù)通常分為兩個(gè)步驟，一是確定系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，二是整定傳遞函數(shù)，得到控制參數(shù)。本文先說(shuō)說(shuō)如何確定系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)。預(yù)警：雖然我盡可能通俗，但本文仍可能有點(diǎn)枯燥，畏懼者請(qǐng)繞行。幅頻特性我們所講的傳遞函數(shù)之類的理論，都是基于經(jīng)典控制理論。關(guān)于經(jīng)典控制理論，百度百科中這樣解釋：經(jīng)典控制理論的特點(diǎn)是以輸入輸出特性（主要是傳遞函數(shù)）為系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，采用頻率響應(yīng)法和根軌跡法這些圖解分析方法，分析系統(tǒng)性能和設(shè)計(jì)控制裝置。傳遞函數(shù)就是在頻域里面研究系統(tǒng)特性。頻域的對(duì)立面就是時(shí)域。那為什么非要在頻域里面研究，不在時(shí)域里面研究呢？因?yàn)閷?duì)于一個(gè)在時(shí)域中的信號(hào)，它的信息隨著時(shí)間的無(wú)窮延伸，數(shù)據(jù)量太大，不好分析。而在頻域里面，只需要三個(gè)信息就能表征一個(gè)信號(hào)，幅值、頻率和相位，這三個(gè)信息就能完全確定一個(gè)正弦信號(hào)。一個(gè)系統(tǒng)，對(duì)于不同頻率的輸入信號(hào)，輸出幅值變化不一樣，輸出相位變化也不一樣。用橫坐標(biāo)表示頻率，縱坐標(biāo)表示幅值和相位變化，就得到了幅頻特性曲線和相頻特性曲線。根據(jù)傅里葉分解，一個(gè)系統(tǒng)的任何輸入信號(hào)都可以表示為一組正弦信號(hào)的集合。所以我們研究系統(tǒng)的幅頻特性，就能知道系統(tǒng)對(duì)不同輸入信號(hào)的響應(yīng)情況。如下圖所示，一個(gè)方波信號(hào)，可以表示為一組正弦信號(hào)的和，正弦信號(hào)越多，就越逼近原來(lái)的方波信號(hào)。也就是說(shuō)，方波信號(hào)可以分解為一組頻率特定的信號(hào)集合，方波信號(hào)的頻譜就如下圖所示。綜上，只要研究了一個(gè)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性，對(duì)任何輸入信號(hào)，都能知道它的輸出特性。電流控制環(huán)電力電子應(yīng)用中，控制多為2~3個(gè)控制環(huán)。其中內(nèi)環(huán)多為電流環(huán)，外環(huán)則根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合不同而變化。比如對(duì)于電機(jī)控制來(lái)說(shuō)，外環(huán)通常為轉(zhuǎn)速環(huán)。對(duì)于整流控制來(lái)說(shuō)，外環(huán)為電壓環(huán)或功率環(huán)。不同控制環(huán)的研究方法基本都是一致的，這里主要以電流環(huán)為討論對(duì)象。電流環(huán)采集逆變器輸出負(fù)載上的電流信號(hào)，與電流給定值進(jìn)行比較，通過(guò)計(jì)算（PI調(diào)節(jié)器）得到輸出電壓。輸出電壓經(jīng)過(guò)PWM模塊的調(diào)制，輸出PWM信號(hào)作用到逆變器上。逆變器響應(yīng)PWM信號(hào)，輸出電壓作用到負(fù)載上。這個(gè)控制流程，可用上面的傳遞函數(shù)框圖表示，PI調(diào)節(jié)器和負(fù)載的傳遞函數(shù)（拉普拉斯變換）均很好理解，但綠色虛框中的兩個(gè)一階延時(shí)是什么呢？一般教科書是不屑于講這兩個(gè)式子的，造成了很多人的疑惑。我們以實(shí)際的計(jì)算流程來(lái)分析一下。上圖中，CPU在紅色點(diǎn)處進(jìn)入中斷，讀取了電流采樣值，然后進(jìn)行PI調(diào)節(jié)器的計(jì)算，得到輸出電壓（或者三角波比較值）。但是輸出電壓不是立即作用出去的，通常會(huì)等到三角波回到0計(jì)數(shù)點(diǎn)，才會(huì)將比較值輸出出去。不能立即輸出去的原因，是會(huì)干擾PWM波，會(huì)形成窄脈沖。這樣就造成了采樣和計(jì)算的延時(shí)，也就是傳遞函數(shù)框圖里第一個(gè)綠色虛框中的一階延時(shí)Ts。輸出的電壓是立刻作用到了負(fù)載上面嗎？也不是的。輸出的比較值和三角波進(jìn)行比較，產(chǎn)生PWM信號(hào)，上圖中的橘黃色線。對(duì)于這種7段式SVPWM來(lái)說(shuō)，調(diào)制特點(diǎn)決定了還有0.5Ts的延時(shí)，也就是第二個(gè)綠色虛框中的分母部分。剩下就只有Kpwm這個(gè)系數(shù)應(yīng)該怎么確定了。Kpwm系數(shù)和很多因素有關(guān)，比如park變換矩陣、調(diào)制方式、系統(tǒng)標(biāo)幺值選取等等?？此茝?fù)雜，其實(shí)我們只需要知道PI調(diào)節(jié)器輸出變量的物理意義是什么就可以了，也就是逆變器實(shí)際輸出的電壓（單位V）和PI調(diào)節(jié)器輸出的變量之間的比例關(guān)系。這個(gè)值沒(méi)有一個(gè)確定的數(shù)值，每個(gè)人的計(jì)算習(xí)慣不一樣，該值會(huì)完全不一樣。如上我們就完全確定了電流環(huán)的傳遞函數(shù)。為了簡(jiǎn)化，可以將傳遞函數(shù)里面的小延時(shí)環(huán)節(jié)進(jìn)行合并。Ts和0.5Ts的延時(shí)，合并后變?yōu)?.5Ts的延時(shí)。這樣我們就確定了電流環(huán)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)，為下一步計(jì)算PI參數(shù)打下了基礎(chǔ)。FAQ1、怎么測(cè)電阻和電感參數(shù)？對(duì)于網(wǎng)側(cè)整流器，輸出濾波器就是一個(gè)電感。這個(gè)電感的電阻可以用電橋測(cè)，電感可以用脈沖法測(cè)。比如給電感一個(gè)窄電壓，觀察電流變化的時(shí)間常數(shù)（L/R），可以推出電感值。如果是電機(jī)，參數(shù)可找廠家要，要不到可以自己測(cè)（文章汗牛充棟），大概原理就是給電機(jī)施加一定的電壓（交流或直流，三相或單相），觀察電流的幅值、相位，計(jì)算得到電機(jī)參數(shù)。2、為什么電流給定值和反饋值的差，經(jīng)過(guò)PI調(diào)節(jié)器后輸出就是電壓？這個(gè)問(wèn)題難住了我。我想直觀上是因?yàn)?，電流小了，通過(guò)增大電壓，電流就會(huì)增大；如果電流大了，通過(guò)減小電壓，電流就會(huì)減小。理論上是因?yàn)殡妷汉碗娏魇且浑A延時(shí)。3、所有場(chǎng)合中，延時(shí)都是Ts+0.5Ts嗎？當(dāng)然不是。我上面講的，適合大多數(shù)情況，如果你的設(shè)計(jì)思路不一樣，還得具體分析。比如，有的人采樣頻率