EasyGo FPGA Coder高速控制實例分享 ——基于有源阻尼控制的LCL濾波三相逆變器半實物仿真測試

LCL構(gòu)成的三階濾波器具有更好的高次諧波衰減能力，可以在總電感值比L型濾波器電感值小很多的條件下，實現(xiàn)相同的濾波效果。但是LCL濾波器本身存在諧振問題，為提高穩(wěn)定性，一般會考慮加入虛擬阻尼控制的方式，通過疊加補償電流反饋來達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定控制的效果。

離線模型如下所示：

離線仿真結(jié)果：

如果不采用補償算法，LC之間會發(fā)生振蕩，而加入了補償算法可以有效抑制振蕩，保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了更好的模擬實際情況，我們采用半實物仿真的方式來進(jìn)行驗證。

半實物仿真驗證：

半實物仿真驗證的時候，我們將主電路系統(tǒng)放入EasyGoNetBox電力電子仿真器中運行，仿真步長設(shè)置為1e-6，即1us實時仿真，將控制系統(tǒng)放入PXIBox中，控制模型運行在10k，即1e-4步長運行。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，即使加入補償算法，系統(tǒng)電流還是會振蕩發(fā)散。

分析原因：

在真實系統(tǒng)中，實物控制器首先通過硬件采集，然后傳到運算單元計算，最后輸出結(jié)果來發(fā)出指令,整個過程會有一定的延遲。因為采用了補償算法，所以可能會由于補償?shù)臅r延導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

因為ADC的更新率，PWM更新率都非?？欤话阒挥袔装賜s，最多1-2us的延遲（具體根據(jù)實際PWM的更新率以及ADC的更新率可計算出），相對于模型實時計算的周期Ts_Control要小很多，所以大部分的實際系統(tǒng)的時延是由于控制器的控制周期帶來的，考慮到以上幾個部分存在并行同步的運行，所以時延可能會在1-2個Ts_Control。

原因離線分析：

為了驗證是否是因為時延導(dǎo)致算法運行不合理，我們在離線仿真程序中模擬實際控制系統(tǒng)的時延因素，時延選擇為2個Ts_Control延遲。同時調(diào)整不同的控制周期并進(jìn)行仿真對比：

1. 控制速率200k，delay大約在1e-5s，kp=20，ki=100

1. 控制速率50k，delay大約在4e-5s，kp=20，ki=100

1. 控制速率20k，delay大約在1e-4s，kp=5，ki=40

控制速率20k，delay大約在1e-4s，kp=20，ki=100（調(diào)整PI，有助于改善波形，但是還是會振蕩。）

1. 10k，delay大約在2e-4s，kp=5，ki=40

初步結(jié)論：

對于此系統(tǒng)，確實過大的時延會帶來影響，所以控制速率越快，實際系統(tǒng)的延遲越小，控制的穩(wěn)定性越好。從離線仿真效果來看，要忽略時延帶來的影響，需要控制速率至少要達(dá)到50k，甚至200k的控制速率，這種控制速率用傳統(tǒng)的實時CPU運行方式是無法達(dá)到的。EasyGoFPGA Coder技術(shù)可以非常簡單將模型運行在FPGA上，輕松完成200k的實時控制。

實際運行的結(jié)果如下（錄波波形）：

不加補償算法：

加補償算法：