寬輸入范圍逆變啟動(dòng)電源數(shù)字控制技術(shù)分析

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1、華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文制對(duì)象的非線性進(jìn)行近似處理，已達(dá)到控制對(duì)象線性化模型。小信號(hào)分析法是電力電子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)建模與分析目前常用的方法，其核心思想是：假設(shè)電力電子系統(tǒng)運(yùn)行在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近，當(dāng)擾動(dòng)信號(hào)很小時(shí)，對(duì)穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近工作的變換器可以看做是線性[5][6][7]系統(tǒng)，從而可以建立開關(guān)變換器的小信號(hào)線性動(dòng)態(tài)模型。確定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型之后，可以進(jìn)一步選擇控制策略以及應(yīng)用經(jīng)典控制理論完成控制器的設(shè)計(jì)。1.2.2控制器的控制策略近年來，各種控制理論和控制思想的迅速發(fā)展，使得電力電子裝置中應(yīng)用的控制策略呈現(xiàn)多樣化趨勢(shì)。在傳統(tǒng)控制策略的基礎(chǔ)上，諸如滑膜變結(jié)構(gòu)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控[8

2、]制、自適應(yīng)控制等現(xiàn)代控制策略在電力電子裝置中得到推廣。常見的控制策略有：（1）PI控制。PI控制具有控制方便、魯棒性強(qiáng)、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等一系列特性，故其被應(yīng)廣泛用于各種場(chǎng)合。PI控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)直流信號(hào)穩(wěn)態(tài)無靜差的跟蹤，而且具有很好的動(dòng)態(tài)特性。（2）重復(fù)控制。重復(fù)控制由日本的Inoue于1981年首先提出，針對(duì)逆變輸出電壓波形在整流負(fù)載或者相控負(fù)載擾動(dòng)下引起的畸變周期性重復(fù)出現(xiàn)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)目刂撇呗?。在輸出到被控?duì)象的控制信號(hào)上，除了本周期的控制量外，還疊加了上個(gè)周期的存在的誤差量?；ㄐ盘?hào)和諧波信號(hào)都存在著周期性，而且都為基波頻率或者基波頻率的整數(shù)倍，故通過重復(fù)控制可以計(jì)

3、算逐個(gè)周期的補(bǔ)償誤差信號(hào)，疊加到控制信號(hào)上，從而消除周期性干擾，實(shí)現(xiàn)無靜差的跟蹤給定信號(hào)。重復(fù)控制具有高穩(wěn)態(tài)精度、高性價(jià)比控制技術(shù)，但是由于它的調(diào)整時(shí)間至少是一個(gè)周期，所以其動(dòng)態(tài)特性不能夠滿足要求，在實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)合經(jīng)常是聯(lián)合重復(fù)控制和其它控制策略一起使用。（3）比例諧振（PR）控制。PR控制器最早由日本學(xué)者Sato等提出，其主要思想是通過有選擇性地增加特定所需的固定頻率信號(hào)，從而忽略或者削弱其它頻率的信號(hào)。PR控制是選擇基波信號(hào)建立內(nèi)模，則可以無靜差的跟蹤基波信號(hào)；對(duì)諧波信號(hào)建立內(nèi)模，則可以有效的抑制諧波信號(hào)。使用PR控制可以在靜止坐標(biāo)系下穩(wěn)態(tài)無靜差的跟蹤給定信號(hào)，

4、避免了dq坐標(biāo)系變換之后產(chǎn)生的耦合對(duì)控制器的影響。采用PR控制器也存在著一些問題：由于控制器的頻率是人為指定的，當(dāng)電網(wǎng)頻率發(fā)生一定偏移時(shí)，控制器造成的穩(wěn)態(tài)誤差則會(huì)比較大。（4）無差拍控制。無差拍控制是基于狀態(tài)空間的多變量反饋控制，根據(jù)控制對(duì)象離散數(shù)學(xué)模型精確計(jì)算控制量并作用于對(duì)象來使輸出量的偏差在一個(gè)采樣周期時(shí)2萬方數(shù)據(jù)華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文間內(nèi)得到修正。無差拍控制突出的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度快，算法簡(jiǎn)單；但由于其控制效果取決于電路模型估計(jì)的準(zhǔn)確程度，并且系統(tǒng)模型隨負(fù)載不同而不同，因此系統(tǒng)魯棒性不強(qiáng)，很有可能使電路模型不準(zhǔn)導(dǎo)致系統(tǒng)控制失穩(wěn)，不利于電力電子系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。（

5、5）模糊控制。模糊控制是對(duì)人腦模糊信息處理方式的模擬。模糊控制器一般針對(duì)控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜或者采用傳統(tǒng)控制手段效果不佳時(shí)采用。對(duì)于控制對(duì)象具有較明確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，采用模糊控制不太必要。1.2.3控制器的設(shè)計(jì)根據(jù)已經(jīng)得到的控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型以及選擇的控制策略，可以進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)的方法有頻域響應(yīng)法、根軌跡法和狀態(tài)空間法兩大類：頻域響應(yīng)法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校正的依據(jù)是開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性能夠反映閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能，根據(jù)控制對(duì)象的傳遞函數(shù)得到bode圖，通過采用相應(yīng)的校正方法來滿足相應(yīng)的相角裕度和幅值裕度，具有作圖直觀，方法簡(jiǎn)單而得到廣泛采用；根軌跡法采用

6、求解閉環(huán)特征方程的根來反應(yīng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，給出了閉環(huán)系統(tǒng)時(shí)間響應(yīng)的全部信息和開環(huán)零、極點(diǎn)如何變化滿足給定的閉環(huán)系統(tǒng)指標(biāo)要求，在控制對(duì)象分析和設(shè)計(jì)中具有較高的工程價(jià)值；狀態(tài)空間法通過狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置對(duì)控制對(duì)象動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行校正，屬于現(xiàn)代控制理論的范疇，能夠極大的改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，但不能保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度要求，一般和其它控制策略配合使用，在形成最優(yōu)控制規(guī)律、抑制擾動(dòng)影響[8][9]以及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)解耦等方面得到廣泛應(yīng)用。1.2.4控制器的數(shù)字實(shí)現(xiàn)電力電子電路由分立元件組成的控制電路發(fā)展到高頻開關(guān)的集成控制，并且向數(shù)模結(jié)合與全數(shù)字化的方向發(fā)展。早期的電力電子電路以模

7、擬電路為基礎(chǔ)，具有控制結(jié)構(gòu)不靈活，調(diào)試?yán)щy等缺點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及芯片制造技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字控制以抗干擾強(qiáng)、通用性、系統(tǒng)監(jiān)控維護(hù)方便、高可靠性、易于硬件電路標(biāo)準(zhǔn)化等諸多優(yōu)點(diǎn)開始慢慢取代分立的模擬控制，特別是近年來單片機(jī)、DSP以及FPGA的廣泛采用，[8]使得實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制越來越容易。單片機(jī)具有速度快、效率高、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，可以用作電力電子數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算處理、PWM信號(hào)生成以及系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控和故障自我診斷；DSP以其較快的數(shù)據(jù)處理能力、系統(tǒng)集成度高以及更高的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器應(yīng)用于電力電子裝置主電路控制、系統(tǒng)通信以及實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面；FPGA采用并行處理方式，可以3萬方