基于双环控制和重复控制的逆变器研究

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1、基于双环控制和重复控制的逆变器研究

2、第1内容加载中...图1单相半桥逆变器选择电感电流iL和电容电压vc作为状态变量，id看作扰动输入，得到半桥逆变器的连续状态平均空间模型为500)this.style.ouseg(this)">（1）式中：x=500)this.style.ouseg(this)">；u=500)this.style.ouseg(this)">；y=500)this.style.ouseg(this)">；A=500)this.style.ouseg(this)">；B=500)this.style.ouseg(this)">；C=[

3、01]。根据式(1)，很容易得到逆变器在频域下的方框图，如图2所示。P逆变器的动态模型和直流电机相似，转速伺服系统的设计方法在这里也适用。本文借鉴直流电机双环控制技术，并改造成为多环控制系统，在逆变器波形控制上取得了很好的效果。500)this.style.ouseg(this)">图2逆变器框图2控制方案分析本控制方案包括双环控制系统和位居外层的重复控制系统。在瞬时波形控制场合，控制算法的执行时间和A/D转换延时相对于采样周期通常不可忽略，有必要采用状态观测器，利用其预测功能将控制算法提前一拍进行。本方案采用无差拍观测器对输出电压和电感电流进行预测。

4、2．1双环控制双环控制系统框图如图3所示，Z（s）是未知的负载。需要检测和反馈的信号有三个，即电感电流iL，输出电压vc，负载电流id。电感电流检测为电流环而设。与直流电机相似，检测输出电压不仅用于电压瞬时波形控制而且实现输出电压解耦，消除输出电压对电流环的扰动，减轻电流环控制器的负担。同样，负载电流对瞬时电压环来说也是一个外部扰动，补偿负载电流能有效抑制其对输出波形的影响，提高稳态精度。正是由于对负载电流进行了补偿，电流环无须对负载电流的扰动进行抑制，所以，本方案没有反馈电容电流，而将扰动包含在反馈环路的前向通道内。若采用电容电流反馈，要得到良好的扰

5、动抑制效果，必将导致电流环的增益过大。这不仅对稳定性不利，而且造成超调增大，电流跟踪的快速性受影响。500)this.style.ouseg(this)">图3双环系统控制框图模拟控制系统的闭环极点离虚轴越远则动态响应越快，但无法将其配置到s平面的负无穷处，而s平面的负无穷被映射到z平面原点，若将数字控制系统的闭环极点全部配置到平面原点，则可以达到极快的动态响应速度，这就是所谓的无差拍技术。由于本方案实现了输出电压解耦和负载电流补偿，电流环和电压环的结构大大简化，控制器的设计可以简单到仅仅采用P环节。这里采用无差拍原理确定电流环控制器KC和瞬时电压环控

6、制器KV。2.1.1电流环设计图4(a)所示为电流环框图，为了实现输出电压交*反馈解耦，控制算法由式（2）给出。v(k)=KC〔iL＊(k)－iL(k)〕＋vc(k)（2）式中：iL＊是电感电流指令；v是电流环计算出的控制量。图4(b)是解耦后简化的电流环框图，ZOH是零阶保持器。采用零阶保持器法将控制对象离散化。Gc(z)=Z500)this.style.ouseg(this)">=500)this.style.ouseg(this)">（3）式中：T是采样周期；a=r/L。500)this.style.ouseg(this)">（a）电流环框图50

7、0)this.style.ouseg(this)">（b）解耦后简化的电流环图4电流环设计闭环系统的特征方程是Z－500)this.style.ouseg(this)">=0（4）根据无差拍原理，将其特征根全部配置在原点，于是有500)this.style.ouseg(this)">（5）2.1.2瞬时电压环设计由于电流环的截止频率高于瞬时电压环，对电流指令的跟踪速度要远快于瞬时电压环对波形的跟踪，在设计瞬时电压环时可认为内环是一个常数增益环节。图5(a)是瞬时电压环框图。对负载电流进行补偿后，相应的控制算法由式（6）给出。500)this.style

8、.ouseg(this)">（a）瞬时电压环框图500)this.style.ouseg(this)">（b）补偿后简化的电压环图5电压环设计i(k)=KV〔vref(k)－vc(k)〕＋id(k)(6)式中：vref是正弦参考电压；i是电压环算出的电流环指令。图5(b)是补偿负载电流后且忽略电流环动态过程的简化电压环。同样用无差拍原理确定电压环控制器KV。用零阶保持器法得到离散的控制对象的传递函数为GV(z)=Z500)this.style.ouseg(this)">=500)this.style.ouseg(this)">(7)其闭环特征方程是z－

9、500)this.style.ouseg(this)">=0（8）将闭环特征根全部配置在原点，