逆变电源的自适应重复控制方案

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1、逆变电源的自适应重复控制方案12赵海英吴忠强12（燕山大学理学院电气工程学院河北秦皇岛066004）(国家留学基金资助课题2004813033)摘要为克服逆变电源系统参数、负载变化和电源死区效应的影响，设计了一种自适应重复控制方案。自适应方案采用跟踪参考序列的模型参考自适应控制设计方法。不需线性补偿器，既简化了设计，又减少了计算量，适合快速跟踪，并适应系统参数和负载的变化。重复控制作为补偿器，补偿死区效应的影响。关键词模型参考自适应控制逆变电源重复控制中图分类号TP273.4文献标识码A1引言近年来，由于电力电子技术的发展，逆变电源越来越广泛地应用于银行、证券、军事、医疗、航空航天等领域。设

2、计高性能逆变电源是当前逆变电源的发展趋势之一，高性能主要表现在：稳压性能好；输出电压波形质量高，负载适应性强；动态特性好等方面。为此，人们将现代控制理论应[1，2][3~5]用到逆变电源系统的控制中，产生了一些新颖的控制方式，如重复控制、滑模变结构控制、[6~9]模糊控制等。本文针对逆变电源系统负载变化和电源死区效应的影响，设计了一种自适应重复控制方案。自适应方案采用跟踪参考序列的模型参考自适应控制设计方法。适合快速跟踪。重复控制作为补偿器，补偿死区效应和周期扰动的影响。仿真结果表明，有效地改善了输出电压的波形，提高了系统的性能。2系统设计带LC滤波电路的单相全桥PWM逆变器如图1所示：图1

3、单相全桥PWM逆变器图中，L表示滤波电感，C表示滤波电容，iL表示电感电流，Vc表示电容电压。图1中的系统可用如下的二阶线性系统数学模型表示：2Y(s)ωpp=G(s)=（1）p22Up(s)s+2ζpωps+ωp其中，ω=1,ζ=1，Y(s)为y(t)的Laplace变换，U(s)为u(t)的pLCp(2RCω)pppppLaplace变换。采用零阶保持器，系统（1）可离散化为如下形式：−1−1−1A(z)y(k)=zB(z)u(k)（2）pppp21−1−i−1−i其中Ap(z)=1+∑αiz;Bp(z)=∑βizi=1i=0r(k)为正弦参考序列输入。定义输出误差为：e(k)=r(k)

4、−y(k)（3）p设计的目标是综合全局渐近稳定的自适应控制律，使得lime(k)=0,e(0)≠0k→∞构造控制器如图2所示图2控制器结构图1m22−1−i−1−i其中F(z)=∑fi(k)z;∑∑M(z)=mi(k)zi=0ii==01f(k),m(k)为可调参数。由式（2）、（3）及图2得：ii21e(k)=∑[mi(k)+αi]yp(k−i)+∑[fi(k)−βi]up(k−i−1)（4）i=1i=0前向通道为：e(k)=W(k)（5）反馈通道为：21V(k)=−W(k)=−{∑[mi(k)+αi]yp(k−i)+∑[fi(k)−βi]up(k−i−1)}（6）i=1i=0前向通道传递

5、函数为1能确保严格正实，根据波波夫超稳定理论，满足波波夫离散形式波波夫[11]积分不等式的积分形式参数调整律如下。m(k)=m(k−1)+λe(k)y(k−i)i=1,2;λ>0;iiipif(k)=f(k−1)+ρe(k)u(k−i−1)i=0,1;ρ>0;（7）iiii3死区特性分析及自适应重复控制器的提出对主电路如图1所示的单相全桥SPWM逆变器，其控制电路一般采用双极性SPWM调制技术。在理论上，同一桥臂两个开关管的驱动信号应严格互补。由于开关管实际上都存在一定的开关时间，当一个开关管尚未完全关断时，另一个开关管已导通，将会造成电源的“直通”。因此，必须先使同一桥臂的两个功率器件同时

6、处于关断状态，然后再触发导通其中一个功率器件，两个功率器件同时处于关断状态的这段时间即是死区时间。在死区时间Td内，实际输出电压与理想输出电压相比会出[10]现一个误差电压，并具有如下特征：1）在每个开关周期内均存在一个误差电压脉冲；2）每个脉冲的幅值均为Vdc；3）每个脉冲的宽度均为Td；4）每个脉冲的极性与输出电流iL的极性相反。由死区特性的周期性可知，克服死区特性有效的方法是采用重复控制方案，我们将重复控制器作为补偿控制器引入到前面设计的自适应控制系统中，得到如图3所示的自适应重复控制器。+−e(k)重复控制器u(k)Rr(k)+uM(k)up(k)自适应控制器逆变电源yp(k)+图3

7、自适应重复控制器结构图图3中e(k)=r(k)−y(k)，重复控制器的脉冲传递函数为：p−1k−Nu(z)KzRr=（8）−1−1−Ne(z)1−Q(z)z−1式中，N为一个正弦周期中的采样拍数，k为所要求的超前拍数，K为可调增益。通常Q(z)r−1−N可取为小于1的正常数或低通滤波器，本设计中令Q(z)=Q。周期延迟单元z将误差校正延rk迟一个周期进行，使用于相位补偿的超前环节z能得以实现。可调增益K设定为