宽输入范围逆变启动电源数字控制技术分析

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1、华中科技大学硕士学位论文制对象的非线性进行近似处理，已达到控制对象线性化模型。小信号分析法是电力电子系统动态建模与分析目前常用的方法，其核心思想是：假设电力电子系统运行在稳态工作点附近，当扰动信号很小时，对稳态工作点附近工作的变换器可以看做是线性[5][6][7]系统，从而可以建立开关变换器的小信号线性动态模型。确定系统的数学模型之后，可以进一步选择控制策略以及应用经典控制理论完成控制器的设计。1.2.2控制器的控制策略近年来，各种控制理论和控制思想的迅速发展，使得电力电子装置中应用的控制策略呈现多样化趋势。在传统控制策略的基础上，诸如滑膜变结构控制、神经网络控[8

2、]制、自适应控制等现代控制策略在电力电子装置中得到推广。常见的控制策略有：（1）PI控制。PI控制具有控制方便、鲁棒性强、设计简单等一系列特性，故其被应广泛用于各种场合。PI控制器能够实现对直流信号稳态无静差的跟踪，而且具有很好的动态特性。（2）重复控制。重复控制由日本的Inoue于1981年首先提出，针对逆变输出电压波形在整流负载或者相控负载扰动下引起的畸变周期性重复出现进行补偿的控制策略。在输出到被控对象的控制信号上，除了本周期的控制量外，还叠加了上个周期的存在的误差量。基波信号和谐波信号都存在着周期性，而且都为基波频率或者基波频率的整数倍，故通过重复控制可以计

3、算逐个周期的补偿误差信号，叠加到控制信号上，从而消除周期性干扰，实现无静差的跟踪给定信号。重复控制具有高稳态精度、高性价比控制技术，但是由于它的调整时间至少是一个周期，所以其动态特性不能够满足要求，在实际的应用场合经常是联合重复控制和其它控制策略一起使用。（3）比例谐振（PR）控制。PR控制器最早由日本学者Sato等提出，其主要思想是通过有选择性地增加特定所需的固定频率信号，从而忽略或者削弱其它频率的信号。PR控制是选择基波信号建立内模，则可以无静差的跟踪基波信号；对谐波信号建立内模，则可以有效的抑制谐波信号。使用PR控制可以在静止坐标系下稳态无静差的跟踪给定信号，

4、避免了dq坐标系变换之后产生的耦合对控制器的影响。采用PR控制器也存在着一些问题：由于控制器的频率是人为指定的，当电网频率发生一定偏移时，控制器造成的稳态误差则会比较大。（4）无差拍控制。无差拍控制是基于状态空间的多变量反馈控制，根据控制对象离散数学模型精确计算控制量并作用于对象来使输出量的偏差在一个采样周期时2万方数据华中科技大学硕士学位论文间内得到修正。无差拍控制突出的优点是响应速度快，算法简单；但由于其控制效果取决于电路模型估计的准确程度，并且系统模型随负载不同而不同，因此系统鲁棒性不强，很有可能使电路模型不准导致系统控制失稳，不利于电力电子系统的稳定运行。（

5、5）模糊控制。模糊控制是对人脑模糊信息处理方式的模拟。模糊控制器一般针对控制对象数学模型比较复杂或者采用传统控制手段效果不佳时采用。对于控制对象具有较明确的数学模型时，采用模糊控制不太必要。1.2.3控制器的设计根据已经得到的控制对象的数学模型以及选择的控制策略，可以进行控制器的设计。控制器的设计的方法有频域响应法、根轨迹法和状态空间法两大类：频域响应法对系统进行校正的依据是开环系统的频率特性能够反映闭环系统的动态和静态性能，根据控制对象的传递函数得到bode图，通过采用相应的校正方法来满足相应的相角裕度和幅值裕度，具有作图直观，方法简单而得到广泛采用；根轨迹法采用

6、求解闭环特征方程的根来反应系统的动态性能和稳态性能，给出了闭环系统时间响应的全部信息和开环零、极点如何变化满足给定的闭环系统指标要求，在控制对象分析和设计中具有较高的工程价值；状态空间法通过状态反馈极点配置对控制对象动态性能进行校正，属于现代控制理论的范畴，能够极大的改善系统的动态特性，但不能保证系统的稳态精度要求，一般和其它控制策略配合使用，在形成最优控制规律、抑制扰动影响[8][9]以及实现系统解耦等方面得到广泛应用。1.2.4控制器的数字实现电力电子电路由分立元件组成的控制电路发展到高频开关的集成控制，并且向数模结合与全数字化的方向发展。早期的电力电子电路以模

7、拟电路为基础，具有控制结构不灵活，调试困难等缺点。随着计算机技术以及芯片制造技术的快速发展，数字控制以抗干扰强、通用性、系统监控维护方便、高可靠性、易于硬件电路标准化等诸多优点开始慢慢取代分立的模拟控制，特别是近年来单片机、DSP以及FPGA的广泛采用，[8]使得实现数字控制越来越容易。单片机具有速度快、效率高、性能可靠等优点，可以用作电力电子数据采集、运算处理、PWM信号生成以及系统状态监控和故障自我诊断；DSP以其较快的数据处理能力、系统集成度高以及更高的数据存储器应用于电力电子装置主电路控制、系统通信以及实时监控等方面；FPGA采用并行处理方式，可以3万方