PDF《正弦波逆变电源的数字控制技术》

311 PID 控制 PID 控制以其简单、 参数易于整定等特点 ,广泛 应用于工程实践之中.早期的逆变电源的控制 ,多 为模拟 PID 控制 ,单纯采用输出电压的瞬时值反 馈 ,采用模拟 PID 控制器进行调节 ,其性能特别是 动态性能及负载为非线性的时候 ,不会令人满意 ,为此,进行了大量的研究 ,并把输出电感电流及输出滤 波电容电流的瞬时值引入了控制系统 ,使得逆变电 源的输出性能得到了较大的改进.然而 ,庞大的模 拟控制电路使得控制系统的可靠性下降 ,调试复杂 , 不易于整定.DSP 的出现 ,这个问题迅速解决 ,如 今各种补偿措施已经方便地应用于逆变电源的数字 PID 控制之中 ,电压、 电流控制的引入 ,使得逆变电 源的数字 PID 控制的效果得以改善.针对传统数 字PID 控制存在的一些问题 ,智能控制的思路也引 入PID 控制之中 ,并在逆变电源的控制中得以应 用 ;

同时 ,其它控制策略也不断地引入其中 ,使古老 的PID 控制仍充满活力.

312 无差拍控制( Deadbeat Control) [ 11] 无差拍控制是一种基于微机实现的 PWM 方案.它根据逆变电源系统的状态方程和输出反馈信 号来计算逆变器的下一个采样周期的脉冲宽度.在图1所示的逆变电源中 ,可将负载等效为一电流源 , 其值 i0 为任意值.选择输出电压 V 、 电感电流 iL 为状态变量 ,系统的状态方程为 : x ・ = A x + B u y = Cx (1) 式中 x = [ V iL ] T ;

y = V ;

u = [ U i0 ]T ;

3 5 正弦波逆变电源的数字控制技术 ? 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 将式(1) 离散化得 : V ( k + 1) = a11 V ( k) + a12 iL ( k) + a21 U ( k) + a22 I ( k) (2) 式(2) 说明 ,输出电压的下一次采样值是本次输 出电压、 电感电流、 逆变桥输出电压以及负载电流采 样值的线性结合.令输出电压 V ( k + 1) 与其指令 参考值 V ref ( k + 1) 相等 ,就得到无差拍控制率. 图1逆变电源系统图 U ( k) 是由逆变电源直流母线电压 E 和脉冲宽 度T(k) 决定的 ,可以由下式计算脉冲宽度 T ( k) : T ( k) = U ( k) T/ E[ V ref ( k + 1) - a11 V ( k) - a12 iL ( k) - b12 i0 ( k) ] T/ Eb11 (3) 此算法中 ,每个采样间隔发出的控制量 T ( k) 是根据当前时刻的状态向量和下一采样时刻的参考 正弦值计算出来的 ,由负载扰动或非线性负载引起 的输出电压偏差可在一个采样周期内得到修正. 无差拍控制有着非常快的暂态响应 ,当负载突 然变化时 ,只要几个开关周期就可以调整输出电压 , 输出能够很好地跟踪给定值 ;

波形的畸变率小 ,即使 开关频率不是很高 ,无差拍控制也能够得到较好的 输出波形品质 ;

无差拍控制能够使得输出电压的相 位与负载关系不大 ,它通过调节逆变桥的输出相位 来补偿 LC 滤波器的相位延时.但是 ,无差拍控制 的自身缺点也十分明显 : ① 无差拍控制系统的鲁棒 性不强 ,当负载变化 ,非线性负载或者温度、 运行条 件等原因出现参数波动 ,都容易造成系统的不稳定 或者输出性能恶化 ;

② 系统的误差与调制比输出的 LC 等有关 ;

③ 瞬态超调量较大. 为了克服无差拍控制的缺点 ,在无差拍控制之 中引入智能控制的思想 ,如模糊控制、 神经网络控制 等 ,仍是今天的研究热点.

313 滑模变结构控制(Sliding2Mode Variable Structure Control) 滑模变结构控制系统最大的优点是其对参数变 化及外部干扰的不敏感性 ,即强鲁棒性 ,加上其固有 的开关特性 ,特别适用于电力电子的闭环控制之中. 早期的逆变电源的滑模变结构控制多采用模拟控制 技术 ,这存在控制硬件电路特别复杂、 控制功能有限 的弱点.微处理器的应用能够减小滑模变结构控制 器的复杂性 ,但是连续滑模控制器的设计方法不能 够直接用于离散滑模控制器的设计 ,微处理器的离 散采样可能会导致系统的震动或系统的不稳定.所以,这就需要离散滑模控制技术 ,它完全不同于常规 的连续滑模控制理论. 适合于微处理器实现的离散滑模控制能够使逆 变电源输出波形有较好的暂态响应 ,但是系统的稳 态性能却不够理想.文献[