一種新穎的自適應(yīng)PWM逆變電源

摘要：詳細(xì)介紹一種新穎的PWM逆變電源的數(shù)字控制方法——自適應(yīng)重復(fù)控制。該方法的應(yīng)用使系統(tǒng)具有自適應(yīng)能力，能自動(dòng)地消除由于未知的負(fù)載周期性擾動(dòng)而產(chǎn)生的輸出交流周期畸變，這為解決逆變電源在整流性負(fù)載下輸出波形畸變較大的問(wèn)題提供了一條良好的途徑。

關(guān)鍵詞：逆變電源PWM自適應(yīng)

Keywords:Inverter，PWM，Selfadaption

A Novel Self－ adaption PWM Inverter

Abstract: This paper describes a novel pulse width modulated (PWM) inverter based on digital control adaptive repetitive control.The proposed control scheme can adaptively eliminate periodic distortions resulted by unknown periodic load disturbances in the inverter ,which gives a practical approach to solve the problem that the output waveform of the inverter will get high THD with rectifier load.

中圖法分類(lèi)號(hào)：TM92文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：02192713(2000)0839902

　　1引言

閉環(huán)調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制（PWM）的逆變電源在各種類(lèi)型的交流供電系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，例如：不間斷電源（UPS），電壓調(diào)節(jié)器（AVR），可編程交流電源（PAS）等。在這些系統(tǒng)中，要求能在瞬時(shí)或周期性的負(fù)載變動(dòng)下，輸出低諧波含量的波形。許多研究方案利用瞬時(shí)反饋控制技術(shù)，如：瞬時(shí)電壓電流跟蹤法[1]、無(wú)差拍控制法[2][3]、狀態(tài)反饋控制法[4]，獲得了較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。但是這類(lèi)方法只能使系統(tǒng)對(duì)于瞬時(shí)的負(fù)載變化有較好的調(diào)節(jié)能力，而對(duì)周期性的負(fù)載變動(dòng)所產(chǎn)生的周期性諧波抑制能力則很差。因此，這類(lèi)系統(tǒng)對(duì)于非線(xiàn)性負(fù)載，如整流性負(fù)載，其輸出總諧波含量仍然很高。另外，上述幾種瞬時(shí)反饋控制的方法，從自身控制原理上講仍存在不足之處，也妨礙了它們的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。其中，瞬時(shí)電壓電流跟蹤法，即所謂兩態(tài)（或三態(tài)）滯環(huán)控制（Delta－PWM），電路的開(kāi)關(guān)頻率較高，且隨精度要求的提高而提高，而且開(kāi)關(guān)頻率隨其跟隨的輸出幅值變化而變化，諧波成分隨機(jī)分布，輸出頻譜的分析較為困難，也不利于輸出濾波器的設(shè)計(jì)[5]。狀態(tài)反饋控制的設(shè)計(jì)基于系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型，并要求狀態(tài)反饋增益進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以增加系統(tǒng)的魯棒性，而這兩方面的誤差都可能很大，從而降低了系統(tǒng)的性能。至于無(wú)差拍控制，由于其原理是基于電路計(jì)算的方法，因而對(duì)電路中元件參數(shù)的變化非常敏感，這對(duì)于負(fù)載經(jīng)常變動(dòng)的應(yīng)用場(chǎng)合更不適用。雖然有的文獻(xiàn)也提出了改進(jìn)的方案，如添加負(fù)載參數(shù)辨識(shí)器[3]，但效果仍然不理想。

PWM逆變電源性能的好壞最終取決于控制策略的優(yōu)劣。自適應(yīng)控制作為一種現(xiàn)代控制的方法，適用于系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型未知，或者運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生變化的情況，這無(wú)疑為解決逆變電源因負(fù)載變化而產(chǎn)生波形畸變的問(wèn)題提供了一條思路。筆者正在基于DSP和單片機(jī)196的硬件基礎(chǔ)上對(duì)該種自適應(yīng)逆變電源進(jìn)行深入的研究，它能自動(dòng)地消除由于未知的負(fù)載周期性擾動(dòng)所產(chǎn)生的交流周期畸變，大大提高了電源的品質(zhì)。

2工作原理

見(jiàn)圖1，在該系統(tǒng)中，將逆變橋、LC濾波器及整流性RC負(fù)載的整體作為系統(tǒng)的控制對(duì)象。其中，Ud

圖1自適應(yīng)PWM逆變電源硬件結(jié)構(gòu)圖

為直流電源電壓，g1，g2，g3，g4為功率管開(kāi)關(guān)信號(hào)，U1，U2分別為電流、電壓反饋信號(hào)。該自適應(yīng)控制方案由圖2表示。

其中：r(k)—參考信號(hào)；

y(k)—系統(tǒng)輸出；

e(k)—誤差信號(hào)；

Q(z－1)、S(k,z－1)—輔助補(bǔ)償器；

rc(k)—經(jīng)補(bǔ)償后的參考信號(hào)；

P(k,z－1)—系統(tǒng)受控對(duì)象的閉環(huán)傳遞函數(shù)。

該控制系統(tǒng)主要包括兩個(gè)部分：其一為離散重復(fù)控制器，另一為自適應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)器。它們的工作原理如下：

（1）離散重復(fù)控制器

重復(fù)控制是指能消除所有包含在穩(wěn)定閉環(huán)內(nèi)的周期性誤差的控制方案，如圖3所示。

其中，P（z－1）代表被控對(duì)象的傳函，d(k)為干擾信號(hào)，其余信號(hào)的定義與圖2中相同。

由圖可得：E(z－1)和D(z－1)為e(k)，d(k)的Z變換，若d(k)是一個(gè)周期為N的擾動(dòng)，則其Fourier變換為|Cn|代表Fourier系數(shù)

而傳函在頻域內(nèi)可表示為若Q(z－1)=1且P(z－1)是穩(wěn)定的，則