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《单相SPWM逆变器重复控制技术的仿真研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、(冶金自动化》2004年增刊单相SPWM逆变器重复控制技术的仿真研究郭荣祥，巩瑞春，袁红霞(内蒙古科技大学信息工程学院，内蒙古包头014010)〔摘要〕介绍重复控制器原理，通过绘制伯德图和奈魁斯特图的方法来设计各环节的参数，最后通过仿真验证该方法在消除逆变器的周期性误差方面是可行的。〔关健词〕逆变器;重复控制器;伯德图;奈魁斯特图0引言在单相SPWM(正弦脉冲宽度调制)逆变器中，由于同一桥臂的上下两个开关不能同时导通，所以应在用于控制的SPWM信号中设置一定的死区时间，而这些又会使输出电压波形中含有3,5,7次等低次谐波，造成周期性畸变;另外，在逆变器的许多应
2、用场合中，非线性的整流性负载也占有很大比重，这种负载也会使得输出电压发生周期性畸变。将重复控制器应用于SPWM逆变电源中，可以抑制这种周期性畸变，降低输出电压谐波总畸变率(THD)CI-z701重复控制器原理重复控制是基于内模原理发展起来的，内模原理意味着如果能在稳定的闭环系统中含有参考指令的信号发生器，则被控输出就可以无误差地跟踪这组参考指令，因此，重复控制可以被认为是一种特殊的积分器〔，〕，如图1所示。d(k)公NS(习尸(习v(k)图1重复控制器框图图中，r(k)为参考信号，抓k)为系统输出，e(k)为误差信号，r,(k)为经过补偿后的参考信号，d(k)
3、为周期性扰动，Z-N为周期延时环节，k二为可调增益系数，zk为超前补偿环节，S(z)为受控对象的补偿器，P(z)代表逆变器，Q(z)为辅助补偿器。输出电压误差作为重复控制器的输人，校正量作为重复控制器的输出，校正量与指令电压相加作为校正后的指令控制信号。由图1可得出系统偏差与给定量和扰动量的关系是:21、(1-P(z))(z'-Q(z))r=、.Q(z)一zN‘1J、E(2)=一又厂一一下不又下尸又一一一K万二不下二，了石丁一灭万11z夕门厂一N，一下丁兀丁D(z)声x’一l砚lz)一z人r3kz)厂kz)夕z”一l姗lz)一zkKrS(z)P(z))了9、
4、‘，系统的特征方程为:zN一(Q(z)一z'K,S(z)P(z))=0、口产根据离散系统稳定条件，特征根必须在单位圆内，令，H(z)=Q(z)-k,z'S(z)P(z)，则:IH(z)IG1时系统稳定，IH(z)I越小，稳定裕度越大。2系统各环节参数设计2.1控制对象P(z)的频率特性系统中的控制对象是逆变器，就逆变器而言，起主要作用的是LC滤波器。因为在空载时逆变器的〔收稿日期]2004-03-31;[修改稿收到日期〕2004-04-21「作者简介〕郭荣祥(1963-)，男，内蒙古和林人，副教授，硕士，主要从事电力电子技术的教学和研究。424(冶金自动化》2
5、004年增刊振荡倾向最强，所以就把空载时逆变器的模型作为整个逆变器的模型。在本文中，取L=O.4mH,C=20t.F,滤波电感的串联等效电阻为r=0.01n，开关频率f,=10kHz，采样频率f,=20kHz，可得到逆变器的传递函数为:。，、1厂M=只二丁;下-Q一万一1一一,i(3)6nIV-s州卜任n1V一s-r1由(3)式可得出具有零阶保持器的离散传递函数为:(采样时间为T,=5X10-5s)1_.,-里rl/、_r-1eJ门-0.1510z+0.1497(4)厂lzl一z匕一s一一s」一z2一1.6746z+0.9753依据公式(4)的传递函数可以用M
6、ATLAB(一种仿真软件)画出它的伯德图，如图2所示，伯德图共包括两幅图，对数幅频特性和相频特性，它们的横坐标是一样的。可以看出，逆变器的对数幅频特性存在一个谐振峰，并且在中低频段相移特别小，几乎为零。10，，n口‘种、4n50︶︸门衬0n。jU山。兰s,(Z)-Z1'七协、..~Xn1胡-50籍势n10︸-180令班150一7S2(Z)Zkp(Z)S(Z)-360lco10,角频率/(rad-s-')角频率/(rad-s')图2P(z),Sj(z),S2(z),zk,z}P(z)S(z)幅频特性响应图2.2控制器的设计由于死区效应和非线性负载引起的谐波主要
7、集中在中低频段，高频部分含量很小，因此，在设计控制器时应着重中低频段的控制效果，而高频段模型引起的不稳定问题可通过增加稳定裕度的方式解决。根据离散系统稳定条件，希望得到的S(z)P(z)的伯德图在中低频段应为零相移，零增益，高频段应急剧衰减，相移尽量为零。因此，控制器的主要任务是:抵消逆变器模型伯德图中的谐振峰，使得高频段幅值急剧衰减，同时保证零相移[E21。为此控制器可用Z'S1(z)S2(z)的形式，其中Si(z)为二阶低通滤波器，S2(z)为零相移FIR函数。2.2.1S1(z)的设计加入二阶低通滤波器S,(z)的主要目的是加大P(z)的转折频率，这样就
8、可以减小对低频增益的影响，因此设计出的
