單相逆變器多環(huán)反饋控制策略研究

應(yīng)用了一個(gè)多環(huán)反饋控制策略來調(diào)節(jié)不間斷電源逆變器的輸出。分析了這種控制策略的時(shí)域與頻域特性。最后給出了仿真和實(shí)驗(yàn)波形，結(jié)果證明了這種控制方法對線性負(fù)載和整流橋負(fù)載都有很好的控制效果。
關(guān)鍵詞：逆變器；多環(huán)反饋；數(shù)字控制

0 引言
過去對逆變器的研究側(cè)重于采用新型高頻開關(guān)功率器件，從而減小濾波器尺寸，優(yōu)化輸出濾波器設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)低輸出阻抗等，這些措施能在一定程度上抑制輸出波形失真并改善負(fù)載適應(yīng)性，但是還不夠理想。為了進(jìn)一步提高逆變器的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性，必須采用新的控制方法。采用重復(fù)控制技術(shù)，可以較好地抑制周期性干擾，但是，重復(fù)控制延時(shí)一個(gè)工頻周期的控制特點(diǎn)，使得單獨(dú)采用重復(fù)控制的逆變器動(dòng)態(tài)特性極差，基本上無法滿足逆變器的指標(biāo)要求。如果將雙環(huán)控制和重復(fù)控制相結(jié)合形成復(fù)合控制方法,就可以達(dá)到較好的效果。但是，這種控制方法要占用較多的運(yùn)算時(shí)間，提高了成本，使系統(tǒng)變得復(fù)雜。具有非線性補(bǔ)償?shù)幕？刂圃谀孀兤鞯拈]環(huán)控制中也得到了應(yīng)用，盡管滑摸控制有著快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，對系統(tǒng)參數(shù)和負(fù)載變化不敏感，但是建立一個(gè)令人滿意的滑模面是很困難的。

電容電流采樣的雙環(huán)控制可以極大地提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)反應(yīng)速度,如果把順饋控制和逆饋控制相結(jié)合，組成復(fù)合控制系統(tǒng)，那么可以達(dá)到比較理想的控制效果。本文所采用的就是這種帶有順饋補(bǔ)償?shù)妮敵鲭妷汉蜑V波電容電流反饋的復(fù)合控制方案。

l 逆變器的控制模型
圖1是全橋逆變器的主電路圖，Vd是直流電壓源，S1～S4是4個(gè)IGBT開關(guān)管，L和C是濾波電感和濾波電容，用于濾除逆變系統(tǒng)中的高次諧波。RL和RC是濾波電感和濾波電容的等效串聯(lián)阻抗。z是負(fù)載，負(fù)載可以是純阻性也可以是非線性等。圖1所示的逆變器主電路由于開關(guān)器件的存在是個(gè)非線性系統(tǒng)。但是，當(dāng)器件的開關(guān)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于逆變器輸出電壓的基波頻率時(shí)，可以用狀態(tài)空間平均和線性化技術(shù)來分析。按照圖1所示，可以得到下面的逆變器模型的動(dòng)態(tài)方程：

式中：iC，iL,iZ，分別是通過電感，電容，負(fù)載的電流。
式中:ic,iL,iz上面的動(dòng)態(tài)方程顯示了逆變器中各個(gè)量的相互關(guān)系。在上面建立方程的過程中，逆變器可以看作一個(gè)具有恒定增益的放大器。以上述的動(dòng)態(tài)方程為基礎(chǔ)，可以設(shè)計(jì)一個(gè)如圖2所示的復(fù)合控制器。圖2中各參數(shù)的定義如表1所列。