单相逆变电源复合重复控制器设计研究

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1、单相逆变电源复合重复控制器设计研究赵兵刘春瑞（潍坊科技学院山东潍坊262700）摘要：将重复控制与模糊控制应用于单相逆变电源，构成了一种低成木、高性能的复合控制系统。重复控制器是改善非线性负载下输出电压波形的一种有效手段，模糊控制则可以加快系统响应速度。木文分析了复合控制系统的结构、重要参数的设计并用MATLAB/Simulink对系统模型进行仿真，结果表明该系统获得了良好的稳态和动态性能。关键词：逆变器重复控制模糊控制复合控制引言目前，逆变电源在各行各业得到了广泛应用，如何抑制逆变器谐波、提高电压品质成为当前研究的一个热点问题。在非线性负载时，用传统PID控制器不能达到理想的控制效果，

2、输出电压波形畸变严重，因此，一些新型的控制方式被应用于逆变电源，如多环反馈控制、无差拍控制、重复控制、滑模变结构控制、模糊控制等都取得了良好的控制效果。但每一种控制策略都有其特长，也存在一些问题，因此可将这些控制方案有选择地组合在一起，构成复合控制，使它们取长补短，发挥各自的优势。复合控制是当前逆变器控制策略的一个发展方向。一、逆变器数学模型如图（1）为逆变器主回路，其后带有LC滤波器。设滤波电感值为L,滤波电容为C,RL和RC分别为滤波电感、电容的等效串联电阻，E为母线电压，Ui为滤波电路的输入电压，Uo为滤波电路的输出电压，当负载为电阻性负载R时，Ui对Uo的传递函数为：在上式中，令

3、R→&nfin;,得逆变器空载时的传递函数为：图（1）带LC滤波器的单相逆变器主回路二、重复控制器设计1.重复控制器原理重复控制基本思想源于控制理论中的内模原理，是把作用于系统外部信号的动力学模型植入控制器以构成高精度反馈控制系统的一种设计原理，它能够消除所有包括在稳定闭环内的周期性误差。其思想是假定前一-周期出现的基波波形畸变将在下一基波周期的同一时间重复出现，控制器根据给定信号和反馈信号的误差来确定所需的校正信号，然后在下一个基波周期的同一吋间将此信号叠加到原控制信号上，以消除后面各周期中的重复性畸变。图(2)为重复控制原理图。图(2)重复控制原理图上图中，r(k)为参考信

4、号，e(k)为误差信号，u(k)为重复控制器补偿后的参考指令，d(k)为扰动信号，y(k)为系统输出电压。重复控制器模块内各环节如下：Z・N为周期延吋环节；Kr为增益系数；ZK为超前补偿环节，对补偿器S(z)和控制对象P(z)进行相位补偿；P(z)为受控对象传递函数；S(z)为针对受控对象的补偿器；Q(z)为辅助补偿器。1.重复控制器参数的设计逆变电源结构如图(1)所示，直流电压E二350V,逆变器开关频率fs=10KHz,滤波电感L=1.2mH,电感寄生电阻RL=0.9Ω,滤波电容C=27μF,电容寄生电阻RC=0.002Ω,输出的交流电压有效值Uo二22

5、0V。若逆变器的开关频率远远高于LC滤波器的震荡频率，则逆变器的动态特性主要由LC滤波器的决定，且LC滤波器的转折频率一般为逆变器开关频率的十分之一。逆变器系统可描述为一个离散的二阶模型：(1)周期延时环节乙N。本文逆变器功率管开关频率为lOKHz,输出电压为正弦波，其频率为50HZo故N=10000÷50二200。(2)补偿器S(z)的设计。逆变器在转折频率处会产生很大的谐振峰值，空载吋谐振峰值最大。为保证系统在任何负载条件下都能够稳定，设计时以空载状态时的稳定性作为设计指标。图(3)为逆变器空载以及带不同电阻负载时的波特图，转折频率ωn≈6.15

6、×103rad/s。S(z)一般取为二阶低通滤波器与Notch函数相乘的形式。二阶低通滤波器SI(z)对系统稳定性和谐波抑制能力影响不大，但可以对高频干扰进行衰减，提高系统抗干扰能力，其截止频率应小于逆变器的截止频率，使其提前进入衰减状态。二阶低通滤波器SI(s)形式般为：取ωn=6.0×103rad/s,ξ=lo可得低通滤波器的离散化方程为：如图(4)所示为P(z)与SI(z)P(z)幅频特性曲线。在高频段曲线衰减较快，但对谐振峰值的抑制还不够，也降低了中频段的增益，降低了收敛速度和稳态精度。因此再选取了Notch函数f(z)来设计S(z)o它

7、的幅频特性曲线会周期性地出现一个波谷，对频率的衰减速度远人于二阶低通滤波器,对邻近频率的增益影响小于二阶低通滤波器。若取合适的参数，则该函数还具有零相移特性。设计中把第一个波谷配置在约ω=6160rad/s处，故Notch函数中m取为5。即为：m取5l^f(z)的波特图为图(5)。经二阶低通滤波器与Notch函数补偿后的P(z),波特图如图(6)所示，从图中可以看出在中低频段的增益基本不变；在空载谐振点附近消除了震荡的可