三相逆变器数字化波形控制技术研究

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1、武汉理工大学《电力电子装置及系统》课程设计说明书三相逆变器数字化波形控制技术研究1数字化波形控制技术类型早期逆变器都采用模拟器件控制，模拟控制的特性往往受到电路参数漂移的影响，此外一些先进的控制方法无法用模拟电路实现。近年来，随着专用集成电路（ASCI）现场可编程器件（FPGA））及数字信号处理器（DSP）技术的发展，逆变器的控制逐渐向数字化方向发展，逆变器实现数字化，各种各样的离散控制方法成为研究的热点，如无差拍控制、重复控制、离散滑模控制及人工神经网络控制等。目前，适用于逆变器的输出电压波形控制技术主要包括电压瞬时值PID反馈控制、电压电流双反馈控制、无差拍控制、重复控制、滑模控制及基于遗

2、产算法优化的模拟重复控制等智能控制技术，在本次设计中采用电压电流双闭环反馈控制方式。2控制原理从状态空间角度看，但闭环控制系统性能不佳的原因是只有单纯的输出反馈，没有充分利用系统的状态信息，如果将输出反馈改为状态反馈可以改善控制效果。状态反馈波形控制系统需要多个状态变量反馈，但并不构成分立的多环系统，而是在状态空间上通过合理选择反馈增益矩阵来改变对象动力特性，以实现动力学特性，8武汉理工大学《电力电子装置及系统》课程设计说明书以实现不同的控制效果采用状态反馈可以任意配置闭环系统的极点，从而改善系统的动态特性和稳定性，这是状态反馈控制的最大优点。状态反馈系数的确定大致有两种方法：一是根据系统要求

3、给出期望闭环极点，推算状态反馈增益矩阵；二是应用最优控制原理，是系统的阶跃响应接近理想输出，据此确定状态反馈增益。许多文献中往往将状态反馈改善逆变器空载阻尼比小、动态特性差的不足，与外环共同实施对逆变器的波形校正。采用状态反馈控制时，如果对负载扰动不采取有针对性的措施，则会导致稳态变差和动态特性的改变。改善电压源逆变器的动态特性的方法之一就是采用电流控制策略。在这种控制策略中，滤波电容的电流作为一个反馈量引入到控制系统中，保证滤波电容电流时谐波含量小的正弦波，达到改善输出波形质量的目的。同时，电压瞬时环与电流环配合使用，从而达到调节输出电压和补偿电流环特性的目的。在这种双闭环反馈控制策略中，外

4、环电压环一般采用比例调节器的形式，而内环电流环既可以采用比例调节器的形式，又可以采用滞环电流控制形式。在此，滤波电容的电流相当于输出电压的微分，代表了输出电压的变化趋势，可以提前对输出电压进行校正控制，达到改善系统动态性能的目的。尽管电流反馈控制策略具有良好的稳态和动态性能，但它必须使用一个电流传感器来检测滤波电容的电流，增加了系统的复杂性和成本。2.1电流前馈系统电压电流双闭环反馈控制可采用基于状态观测器的双环控制策略，带输出电流前馈的双环控制系统框图如图2-1所示。电感电流内环采用PI调节器跟踪电流给定，整个系统工作稳定，并且有较强的鲁棒性。电压外环也采用PI调节器，使输出电压波形瞬时跟踪

5、给定值。这种电感电流内环输出电压外环的PI双环控制结构可以加快动态响应的速度，而且见效静态误差，可以达到电容电流反馈的效果。图2-1输出电流前馈的双环控制系统框图电压调节器、电流调节器分别为（2-1）（2-2）8武汉理工大学《电力电子装置及系统》课程设计说明书采用数字化控制，不仅可以大大见效控制电路的复杂程度，提高电源设计的灵活性，而且可以采用先进的控制方法，提高逆变电源的输出电压波形质量和可靠性。但是，采用数字控制方法，因为采样与计算带来的延迟，使得逆变器控制滞后一拍，为了补偿时间上的延迟，那么就需要采用预测算法，使控制量超前一拍。再者，有些物理量不便于测量，或者为了减少一个检测环节，可以由

6、系统模型并根据已知状态观测出来。这里电感电流和输出电压为观测值，减少了一个电感电流采样传感器，控制器与观测器原理框图如图2-2所示。图2-2控制器与观测器原理框图G(k)为控制器传递函数。由分离特性，控制器和观测器可以单独设计。观测器也可以通过极点配置的方法设计反馈矩阵H。那么，可得观测器动态方程（2-3）为了进一步完善系统的动态特性及其稳定性，电压电流双闭环反馈系统可采用基于输出前馈解耦双闭环控制策略。控制系统框图如图2-3所示图2-3基于输出前馈解耦双闭环控制系统框图8武汉理工大学《电力电子装置及系统》课程设计说明书3MATLAB仿真分析采用基于输出前馈解耦的双闭环控制系统对逆变器进行数字

7、化波形控制，使得系统在负载发生变化时，依然能够使得输出波形保持正弦状态，根据公式（2-1）、（2-2）、（2-3）可以计算得到，图3-5为仿真系统框图。图3-5基于输出前馈解耦的双环控制系统仿真图Sinawave为给定电压，Sinawave1为负载电流（这次仿真采用模拟sinawave1模拟负载电流），两个信号通过前馈解耦双环系统之后得到矫正以后的电压波形，这就使得输出电压波形能够时时地保持正弦波