基于电容电流反馈的双闭环控制方法研究-论文.pdf

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1、第11期江苏科技信息No．112014年6月JiangsuScience&TechnologyInformationJune，2014基于电容电流反馈的双闭环控制方法研究孙伟，蔡林君，沈吴骢(1．辽宁大唐国际锦州热电有限责任公司，辽宁锦州121017；2．东南大学，江苏南京210096)摘要：采用电容电流反馈双闭环瞬时值控制的逆变器具有输出波形正纷}生好、动态响应快、输出外特性硬和稳态精度高等特点。传统数字控制器采样与计算延时，实时控制性差，实现双闭环瞬时值控制比较困难。传统的双环控制电压外环与电容电流内环是耦合的，电压外环对电容电流内环有交叉干扰，从而使

2、得内环不再是单输入单输出系统。而且内环的惯性比外环的惯性要大，因此在内环调节时外环的输出电压不能被认为是不变的，即输出电压对内环的影响不可忽略。文章研究了电容电流反馈瞬时值控制电路的数字实现方法，提出了基于电容电流反馈的解耦控制方法；采用输入直流电压反馈解耦控制提高系统的稳态精度，并利用MATLAB仿真工具进行了系统仿真。关键词：电容电流；反馈；双闭环；控制方法O引言形。设定载波周期为T，在正半周期内Ⅳ1开关管导通时间设近年来，针对以往逆变电源对非线性负载的适应性不强及为DT，导通时的PWM的调制比设为D。于是有D：()／2V，动态特性不好的特点提出了实时

3、反馈控制技术，使得逆变电源其中，为参考信号瞬时值，为载波峰值。的性能得到改善。目前，各类学者针对这种实时反馈控制技术提出了几种方案：(1)无差拍控制；(2)重复控制；(3)数字化PID控制；(4)谐波补偿控制等。其中，第3种方案通过电流内环扩负大控制系统的带宽，极大地改善了系统的动态性能，同时，电压载外环减小了输出电压谐波，增强了系统对非线性负载扰动的适应能力，被广泛应用于设计应用中。传统的双闭环控制电压外环与电容电流内环是耦合的，电图1单相全桥逆变器原理图压外环对电容电流内环有交叉干扰，使得内环不再是单输入单输出系统。而且内环的惯性比外环的惯性要大，因此

4、在内环调节时外环的输出电压不能被认为是不变的。因此，总结以上分析，在电容电流反馈瞬时值控制逆变器VVVVV

5、／V数字双环控制方案设计时，首先要解决2个问题：(1)由于系统●-直流电压V(s)影响系统的开环增益，使系统的数学模型变得_—___——不确定，从而使设计控制器变得困难，所以要实现系统对V(s)2的解耦。(2)输出电压的交叉反馈使得逆变器控制对象变得复杂，且数字控制器与模拟控制器相比实时l生差、带宽窄，因图2双极性SPWM波形调制原理图此，为了简化控制对象、实现优良的控制效果，最好要实现输出图2中正弦波Ur=Vsin(tot+)。对逆变器输出电压函数

6、电压外环与电容电流内环的解耦控制。1逆变器系统数学模型进行傅里叶分解可得：图1为单相全桥逆变器电路原理图，将滤波电感电阻定为L／＼=．sin(tort-~)+∑sinr，忽略电容寄生电阻，SPWM采用双极性调制方式。这样就有3,5⋯m；1,T1和T4控制信号相同，T2和控制信号相同，T和T2控制信jomVcr~号互补，L和T4信号互补。c+sinc。s(，删．，图2为双极性SPWM波形调制原理图。从图中可以看出，删，—n一})在双极性SPWM调制方式下IGBT一个周期输出的PWM波作者简介：孙伟(1984一)，男，吉林四平，助理工程师；研究方向：电厂系统控

7、制。一33一20第141年1期6月江苏科技信息·网络与通信No．11June，2014其中为载波角频率。对数字逆变器而言，载波频率一般要远远大于输出波形的频率，因此当通过Lc滤波器时，高于Lc截止频率的高次谐波基本上被LC低通滤波器滤掉，从LC低通滤波器输●出一L端O电压为基波和低次谐波。．k对基波而言，逆变桥可以等效为一个比例环节，于是有：+图4电容电流瞬时值内环和输出电压外环的双闭环瞬时值控制系统框图一己0：(2一)增益的变化必将导致系统静差的变化，t和就成为相互独Or立的状态变量，从而实现了电容电流反馈的输出电压交叉反逆变器的为逆变桥输入滤波器的基波

8、电压，可得：0馈解耦。=Kv，=×玑(3)。根据以上分析，可以得到系统的内外环的控制结构框图，根据基尔霍夫电压电流定律，将电容电流i和输出电压。如图5所示。其中F(s)为采样和计算延时环节，E(Z)为输出电作为状态变量，结合图2，列状态方程如下压外环的补偿环节，D(z)为电容电流内环的补偿环节，H(s)为●零阶保持器，K为等效的逆变器环节。从整个系统框图可以得c=(4)出，逆变器总共需要3个采样量：输出电压、电容电流和直流母●线电压。。将式(3)代人式(4)，加入逆变桥，于是有：逆变器=f}0]rVo]+[吾一]。(5)。2引入直流电压解耦的的逆变器控制策

9、略一葡图3为式(5)所推出的等效框图。图5系统的内外环控制结构框图