Список основных обозначений..............................................................................13
Предисловие............................................................................................................14
Введение..................................................................................................................17
В.1. Современное состояние и перспективы развития силовой
электроники....................................................................................................17
В.2. Системы управления......................................................................................22
ЧАСТЬ I. НЕКОТОРЫЕ СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ
РЕШЕНИЯ И ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
ГЛАВА 1. ОДНОФАЗНЫЙ КОРРЕКТОР
КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ (ККМ)...........................................................26
1.1. Взаимодействие силового ключа и диода, быстродействие
диода и его влияние на основные показатели устройства.............................27
1.1.1. Потери мощности в открытом ключе...............................................28
1.1.2. Потери мощности в открытом диоде................................................29
1.1.3. Потери мощности при включении ключа........................................29
1.1.4. Потери мощности при выключении диода......................................30
1.2. Основы расчета дросселя ККМ......................................................................33
1.3. Особенности работы ККМ в широком диапазоне напряжения сети...........38
ГЛАВА 2. ТРЕХФАЗНЫЕ КОРРЕКТОРЫ
КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ...................................................................41
2.1. Выпрямитель на основе трехфазного инвертора...........................................42
2.2. Выпрямитель Виенна.....................................................................................43
ГЛАВА 3. МОСТОВЫЕ DC-DC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
С ФАЗОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ.......................................................................47
3.1. Мостовой преобразователь с LC-фильтром .................................................47
3.2. Мостовой преобразователь с удвоителем тока,
несимметричный режим работы трансформатора........................................48
3.3. Двухтрансформаторный мостовой преобразователь.....................................57
ГЛАВА 4. НЕСИММЕТРИЧНЫЕ ПОЛУМОСТОВЫЕ
DC-DC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ...........................................................................64
4.1. Свойства несимметричных полумостовых преобразователей......................64
4.2. Сравнение несимметричного полумостового
преобразователя с другими схемотехническими решениями.......................68
4.3. Решения, улучшающие работу несимметричного
полумостового преобразователя....................................................................71
4.4. Экспериментальные результаты....................................................................75
ГЛАВА 5. DC-DC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ДРОССЕЛЕМ НА ВХОДЕ..............77
5.1. Работа преобразователей без учета индуктивности
рассеяния трансформатора............................................................................78
5.2. Работа преобразователей с дросселем на входе
при учете индуктивности рассеяния трансформатора.................................80
5.3. Цепь клампа как средство обеспечения надежной
работы преобразователя.................................................................................81
5.4. Анализ работы преобразователя с цепью клампа..........................................82
5.5. Пусковой режим.............................................................................................85
5.6. Преимущества DC-DC преобразователя с дросселем
на входе по сравнению с другими решениями .............................................88
5.7. Экспериментальные результаты....................................................................94
ГЛАВА 6. РЕЗОНАНСНЫЕ DC-DC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
С ПОДКЛЮЧЕНИЕМ НАГРУЗКИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО
К РЕЗОНАНСНОМУ КОНТУРУ......................................................................98
6.1. Работа при низкой частоте переключения (fQ > f).........................................98
6.2. Многорезонансный преобразователь...........................................................103
6.2.1. Работа при высокой частоте коммутации (f0 6.2.2. LLC-преобразователь.......................................................................107
ЧАСТЬ II. ОСНОВЫ ТЕОРИИ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
ГЛАВА 7. НЕПРЕРЫВНЫЕ ЛИНЕЙНЫЕ СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ..........................................................113
7.1. Реакция динамической системы на входное воздействие...........................113
7.1.1. Импульсная функция, ее свойства..................................................114
7.1.2. Связь непрерывного сигнала с 5-функцией....................................115
7.2. Преобразование Лапласа...............................................................................116
7.2.1. Свойства преобразования Лапласа..................................................118
7.2.2. Обратное преобразование Лапласа..................................................121
7.2.3. Передаточная функция и частотная характеристика......................125
7.3. Структурные схемы САУ...............................................................................129
7.4. Временные параметры переходного процесса.............................................134
7.5. Частотные методы оценки свойств звеньев и систем..................................141
7.5.1. Амплитудно-фазовые частотные характеристики..........................141
7.5.2. Графическое изображение амплитудно-фазовых
частотных характеристик.................................................................143
7.5.3. Частотные критерии устойчивости.................................................146
7.6. Устройства коррекции...................................................................................156
7.6.1. Оценка переходного процесса по виду ЛАХ
замкнутой системы...........................................................................156
7.6.2. Инерционное пропорционально-дифференцирующее звено.......158
7.6.3. Корректирующее звено с отставанием по фазе..............................161
7.6.4. Пропорционально-интегродифференцирующее звено.................163
7.7. Метод корневого годографа..........................................................................164
7.7.1. Свойства корневого годографа........................................................166
7.7.2. Влияние цепей коррекции на корневой годограф системы...........169
7.8. Метод пространства состояний.....................................................................171
7.8.1. Запись уравнений по методу пространства состояний...................172
7.8.2. Уравнения состояния в стандартной форме...................................175
7.8.3. Уравнения состояния в управляющей канонической
форме (control canonical form)..........................................................179
7.8.4. Уравнения состояния в модальной форме......................................180
7.8.5. Управление на основе обратных связей
от переменных состояния................................................................187
ГЛАВА 8. ДИСКРЕТНЫЕ СИСТЕМЫ............................................................190
8.1. Блок-схемы непрерывной и дискретной систем управления......................191
8.2. Разностные уравнения - основа описания дискретных систем..................191
8.3. Дискретная свертка........................................................................................194
8.4. Z-преобразование и обратное Z-преобразование.......................................195
8.4.1. Свойства Z-преобразования............................................................198
8.4.2. Обратное Z-преобразование............................................................201
8.5. Передаточная функция дискретной системы и
ее частотная характеристика.........................................................................204
8.5.1.    Частотная характеристика дискретной системы............................206
8.6. Передаточная функция дискретной системы:
аппроксимация в s-области..........................................................................208
8.6.1. Аппроксимация на основе численного интегрирования
методом трапеций............................................................................208
8.6.2. Аппроксимация методом подбора нулей и полюсов
(matched pole-zero method)...............................................................211
8.7. Анализ дискретной системы.........................................................................212
8.7.1. Метод дискретных эквивалентов.....................................................213
8.7.2. Метод прямого (непосредственного) проектирования дискретной системы.........................................................................216
8.8. Метод пространства состояний для дискретных систем..............................224
8.8.1. Определение переходной матрицы состояния................................224
8.8.2. Управляемость дискретной системы...............................................228
8.8.3. Задание полюсов в замкнутой дискретной системе........................230
ГЛАВА 9. СИЛОВАЯ ЧАСТЬ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ КАК ЗВЕНО СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ..........................................................233
9.1. Непрерывные модели силовой части преобразователей.............................234
9.1.1.   Линеаризация непрерывной модели силовой
части преобразователя......................................................................235
9.2. Непрерывная линейная модель импульсного понижающего преобразователя напряжения.......................................................................237
9.3. Непрерывная линейная модель повышающего
импульсного регулятора напряжения..........................................................240
9.4. Непрерывная линейная модель несимметричного
полумостового преобразователя...................................................................242
9.5. Непрерывная линейная модель понижающего импульсного
регулятора напряжения в режиме прерывистого тока дросселя..................247
9.5.1. Получение непрерывной нелинейной модели................................247
9.5.2. Линейная модель..............................................................................251
ГЛАВА 10. НЕКОТОРЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ КОМПЛЕКСА MATLAB ДЛЯ АНАЛИЗА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ......................................................................255
10.1. Пакет для проектирования систем управления
(Control System Toolbox)................................................................................255
10.2. Пакет для обработки сигналов (Signal Processing Toolbox)...........................256
10.3. Набор блоков и функций SymPowerSystems.................................................257
10.4. Годограф Найквиста, логарифмические частотные и
временные характеристики (непрерывные системы)..................................258
10.4.1. Построение годографа Найквиста...................................................258
10.4.2. Логарифмические частотные характеристики................................260
10.4.3. Временные характеристики.............................................................261
10.5. Метод корневого годографа (Root Locus), непрерывные системы..............263
10.6. Представление моделей по методу пространства состояний.......................265
10.6.1. Преобразование из передаточной функции в модель пространства состояний и обратно.................................................265
10.6.2. Получение матриц уравнений состояния в модальной форме.......268
10.6.3. Применение формулы Акерманна..................................................272
10.7. Дискретные системы.....................................................................................274
10.7.1. Преобразования непрерывной системы в дискретную и обратно .274
10.7.2. Частотные характеристики дискретных систем..............................278
10.7.3. Метод корневого годографа для дискретных систем......................279
10.8. Замкнутый обратной связью преобразователь.............................................282
10.8.1. Моделирование ИРН-1 на основе передаточной функции...........282
10.8.2. Модель ИРН-1 на основе электрической схемы............................283
10.8.3. Разомкнутая система управления....................................................284
10.9. Моделирование ИРН-1 в режиме прерывистого тока.................................290
ЧАСТЬ III. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ
ГЛАВА 11. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ..............................................................................295
11.1. Аналоговое управление.................................................................................298
11.2. Смешанная система управления...................................................................301
11.3. Полностью цифровая система управления..................................................302
11.4. Дополнительные возможности систем управления преобразователями при использовании микроконтроллеров.....................304
ГЛАВА 12. МИКРОПРОЦЕССОРЫ И ПРОГРАММИРУЕМАЯ ЛОГИКА.....305
12.1. Общие сведения о микропроцессорах и микроконтроллерах.....................305
12.2. Внутренняя структура построения микропроцессоров и микроконтроллеров.......................................................................................308
12.3. Аналого-цифровой преобразователь ...........................................................311
12.3.1. Обзор основных типов.......................................................................311
12.3.2. Параметры АЦП.................................................................................315
12.4. Широтно-импульсный модулятор................................................................319
12.5. Цифро-аналоговый преобразователь............................................................319
12.5.1. Типы ЦАП...........................................................................................320
12.5.2. Характеристики ЦАП.........................................................................320
12.5.3. Примеры применения ЦАП..............................................................321
12.6. Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС)....................324
ГЛАВА 13. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О СИГНАЛЬНЫХ ПРОЦЕССОРАХ TEXAS INSTRUMENTS TMS320F280x...........................................................328
13.1. Общая структура сигнальных процессоров TMS320F280x.........................328
13.2. Среда разработки программного обеспечения
Code Composer Studio....................................................................................330
13.3. Структура программного обеспечения при проектировании
системы управления.....................................................................................338
13.4. Организация единичного прерывания, принцип единичного прерывания при построении цифровой системы управления..................342
13.5. Аналого-цифровой преобразователь ЦСП серии TMS320F280x................346
13.6. ШИМ-контроллер ЦСП серии TMS320F280x.............................................349
ГЛАВА 14. ПРИМЕНЕНИЕ ФИЛЬТРОВ И ПИД-РЕГУЛЯТОРОВ
ПРИ ЦИФРОВОМ УПРАВЛЕНИИ...............................................................362
14.1. Две разновидности цифровых фильтров......................................................363
14.2. Расчет коэффициентов цифровых фильтров................................................364
14.3. Существенные особенности управления преобразователями
при использовании цифровых фильтров......................................................368
14.4. Квантование измеряемых сигналов на входах
контроллера (шум АЦП)...............................................................................369
14.4.1. Снижение шума выборкой с запасом по частоте .............................370
14.5. Квантование сигналов на выходе цифровой системы управления импульсным преобразователем (шум ШИМ)..............................................371
14.6. Арифметика при обработке сигналов, квантование коэффициентов цифровых фильтров, ошибки квантования при использовании арифметики с фиксированной запятой........................................................373
14.6.1. Арифметика при цифровой обработке сигналов............................374
14.6.2. Квантование коэффициентов цифровых фильтров........................378
14.6.3. Анализ точности в MATLAB с помощью блоков
для моделирования систем ЦОС ....................................................382
14.7. Ошибки цифровых фильтров, вызванные округлением и переполнением..............................................................................................385
14.8. ПИД-регуляторы в системах управления преобразователями....................386
14.8.1. Работа ПИД-регулятора с учетом насыщения..................................391
ЧАСТЬ IV. ПОСТРОЕНИЕ АНАЛОГОВЫХ И СМЕШАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
ГЛАВА 15. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОРРЕКТОРА КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ
ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СТАНДАРТНОГО КОНТРОЛЛЕРА......................394
15.1. Исходные данные для проектирования........................................................394
15.2. Параметры элементов силовой части...........................................................394
15.3. Подключение контроллера...........................................................................395
15.4. Исходные данные для создания модели в MATLAB....................................397
15.5. Модель корректора коэффициента мощности в MATLAB..........................397
15.6. Корректирующие звенья по напряжению и току.........................................400
15.7. Сравнение с экспериментальными результатами.......................................402
ГЛАВА 16. УПРАВЛЕНИЕ DC-DC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ............................404
16.1. Принцип управления по максимальному току............................................404
16.2. Особенности управления по максимальному току
несимметричного полумостового преобразователя.....................................406
16.3. Основные требования, предъявляемые к преобразователю,
результаты расчета и выбора компонентов..................................................410
16.4. Модель несимметричного полумостового преобразователя и
расчет цепей коррекции................................................................................411
16.5. Результаты моделирования преобразователя и эксперимента....................418
ГЛАВА 17. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ С КОРРЕКЦИЕЙ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ
ПРИ СМЕШАННОМ УПРАВЛЕНИИ.................................................................420
17.1. Защитные и сервисные функции выпрямителя...........................................420
17.2. Слежение за сетью и управление максимальной мощностью.....................422
ГЛАВА 18. ЭЛЕКТРОННАЯ НЕРАССЕИВАЮЩАЯ НАГРУЗКА
18.1. Структурные схемы построения ЭНН на основе
статических преобразователей......................................................................423
18.2. Построение силовой части ЭНН..................................................................423
18.3. Управление нагрузкой...................................................................................427
18.3.1. Режим запуска.....................................................................................429
18.3.2. Нормальный режим............................................................................430
18.4. Практическое выполнение ЭНН..................................................................431
ГЛАВА 19. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕПЕЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
В ТРАНСФОРМАТОРНОМ ПОВЫШАЮЩЕМ
МОСТОВОМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ-ПЕРВОЙ СТУПЕНИ
ЭЛЕКТРОННОЙ НЕРАССЕИВАЮЩЕЙ НАГРУЗКИ......................................433
19.1. Исходные данные для проектирования, структура и
параметры силовой части..............................................................................433
19.2. Непрерывная линейная модель трансформаторного
повышающего преобразователя....................................................................435
19.3. Разомкнутая модель управления...................................................................435
19.4. Замкнутая модель управления......................................................................442
ЧАСТЬ V. ПОСТРОЕНИЕ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
ГЛАВА 20. ТРЕХФАЗНЫЙ ИНВЕРТОР...........................................................444
20.1. Формирование квазисинусоидального трехфазного
напряжения (векторная широтно-импульсная модуляция)........................444
20.2. Построение защиты по току на основе ПИД-регулятора............................450
20.2.1. Модель трехфазного инвертора.......................................................452
20.2.2. ПИД-регулятор в системе управления............................................454
20.2.3. Замкнутая система управления ограничением тока инвертора.....455
20.3. Управление трехфазным инвертором с использованием ЦСП...................456
20.3.1. Программная реализация управления............................................456
20.3.2. Работа ШИМ, АЦП, прерывания....................................................458
20.3.3. Описание макросов..........................................................................467
20.4. Результаты испытаний инвертора................................................................470
ГЛАВА 21. УПРАВЛЕНИЕ ОДНОФАЗНЫМ ИНВЕРТОРОМ........................472
21.1. Построение силовой части и принципы управления ключами...................472
21.2. Функции, выполняемые системой управления...........................................473
21.3. Система управления однофазным инвертором
на основе цифрового сигнального процессора............................................474
21.4. Параллельная работа инверторов.................................................................477
21.4.1. Использование связи по цепям управления...................................477
21.4.2. Независимое управление каждым инвертором...............................478
21.5. Моделирование — этап проектирования системы управления...................481
21.6. Практическое выполнение инвертора..........................................................485
ГЛАВА 22. ПОВЫШАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С РЕЗОНАНСНЫМ DC-DC КОНВЕРТОРОМ И ЗАРЯДНЫМ УСТРОЙСТВОМ..........................486
22.1. Построение отдельных узлов силовой части преобразователя....................487
22.2. Управление зарядным устройством..............................................................489
22.3. Модель системы управления ЗУ в MATLAB................................................490
22.3.1. Модель системы управления ЗУ по напряжению.............................490
22.3.2. Модель системы управления ЗУ по току защиты..............................494
22.3.3. Дискретная модель системы управления ЗУ.....................................495
22.4. Модель системы управления выходом 1.......................................................498
22.4.1. Модель системы стабилизации напряжения выхода 1......................498
22.4.2. Модель системы ограничения тока выхода 1...................................503
22.4.3. Общая модель системы управления выходом 1................................505
22.5. Экспериментальные результаты...................................................................507
ГЛАВА 23. ЦИФРОВОЕ УПРАВЛЕНИЕ КОРРЕКТОРОМ
КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ.................................................................509
23.1. Выбор структуры управления........................................................................510
23.2. Проектирование контуров цифрового управления ККМ
с использованием MATLAB Simulink...........................................................513
23.2.1. Исходная модель силовой части ККМ............................................513
23.2.2. Дискретная линейная модель ККМ................................................515
23.2.3. Дискретная нелинейная модель ККМ............................................518
23.2.4. Синтез цифровой коррекции контура
по выходному напряжению.............................................................523
23.2.5. Синтез цифровой коррекции контура по току дросселя................526
23.2.6. Окончательная модель ККМ и результаты моделирования...........527
23.3. Вопросы применения ЦСП...........................................................................530
23.4. Экспериментальные результаты разработки ККМ
с цифровым сигнальным процессором.........................................................534
ГЛАВА 24. ЦИФРОВОЕ УПРАВЛЕНИЕ DC-DC ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ......536
24.1. Силовая часть преобразователя....................................................................536
24.2. Особенности выбора общей структуры управления....................................539
24.3. Особенности широтно-импульсной модуляции
при выбранном алгоритме цифрового управления......................................541
24.3.1. Непрерывная нелинейная модель НПП в MATLAB Simulink.......542
24.3.2. Корректирующее звено в канале регулирования и стабилизации выходного напряжения............................................546
24.3.3. Коррекция в канале регулирования выходного тока......................553
24.4. Программная реализация..............................................................................555
24.5. Экспериментальные результаты...................................................................560
ГЛАВА 25. СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
С ЦИФРОВЫМ КОНТРОЛЛЕРОМ...............................................................567
ЛИТЕРАТУРА.................................................................................................570