基于重復(fù)控制的全數(shù)字ups逆變器

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1、基于重復(fù)控制的全數(shù)字UPS逆變器

2、第1圖1電感電流模式雙環(huán)控制3重復(fù)控制重復(fù)控制是一種基于內(nèi)模原理的控制方法[4]，內(nèi)模原理指出：系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下無穩(wěn)態(tài)誤差地跟蹤參考輸入信號(hào)的前提條件是閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定且閉環(huán)控制系統(tǒng)中包含有參考輸入信號(hào)的傳遞函數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)重復(fù)控制系統(tǒng)，必須首先產(chǎn)生一個(gè)周期性的激勵(lì)信號(hào)來消除由參考輸入信號(hào)或干擾產(chǎn)生的周期性誤差。圖2是產(chǎn)生這個(gè)周期性激勵(lì)信號(hào)的兩種方法。500)this.style.ouseg(this)">(a)方法1500)this.style.ouseg(this

3、)">(b)方法2圖2重復(fù)控制器中的內(nèi)模原理圖2（a）中的周期激勵(lì)信號(hào)由模擬的方法實(shí)現(xiàn)，圖2（b）中的周期激勵(lì)信號(hào)由數(shù)字的方法實(shí)現(xiàn)。圖2（b）中的N為每個(gè)工頻周期內(nèi)輸出電壓的采樣次數(shù)，滿足關(guān)系式：L=NTs（1）式中：Ts為輸出電壓的采樣周期。輸入信號(hào)E對(duì)應(yīng)的是逆變器控制中的輸出電壓的誤差信號(hào)，圖中的內(nèi)模結(jié)構(gòu)是一個(gè)正反饋系統(tǒng)，輸出C是對(duì)E的逐周期累加，只要輸入不為零，輸出就將逐周期變化，直至系統(tǒng)的輸出電壓跟蹤誤差為零。這時(shí)，輸出C將保持不變，從而使系統(tǒng)的輸出電壓一直能夠無誤差的跟蹤輸入?yún)⒖夹盘?hào)。逆變

4、器的重復(fù)控制結(jié)構(gòu)框圖[4]如圖3所示，虛線框內(nèi)即為離散重復(fù)控制器，各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)介紹如下：500)this.style.ouseg(this)">圖3逆變器重復(fù)控制結(jié)構(gòu)框圖1）z－N：周期延時(shí)環(huán)節(jié)，延時(shí)一個(gè)基波周期（工頻周期），使周期誤差從下一個(gè)周期開始校正，同時(shí)使超前環(huán)節(jié)的設(shè)置成為可能。2）Q(z)：為克服對(duì)象模型不精確，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性而設(shè)置的低通濾波器或小于1的常數(shù)。3）S(z)：補(bǔ)償器，用于修正SP逆變器模型的幅頻特性曲線，使之適合重復(fù)控制的要求。4）zK：時(shí)間超前環(huán)節(jié)，補(bǔ)償由于S(z)和

5、SP逆變器產(chǎn)生的時(shí)間延遲。5）Kr：重復(fù)控制器的增益，決定了重復(fù)控制器的輸出Ur的幅度，同時(shí)Kr的取值直接影響了重復(fù)控制器的穩(wěn)定性，一般取一個(gè)小于1的常數(shù)，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。6）P(z)：SP逆變器的簡(jiǎn)化離散數(shù)學(xué)模型。令：H(z)=Q(z)－P(z)KrS(z)zk(2)對(duì)應(yīng)于頻域的表達(dá)式為：H(ejωTs)=Q(ejωTs)－ejωkTsKrS(ejωTs)P(ejωTs)(3)很明顯，閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是[4]：

6、H(ejωTs)

7、<1(4)Q(ejωTs)通常是一個(gè)接近于1的常數(shù)，或

8、者是一個(gè)低通濾波器。在重復(fù)控制器的作用下，逆變器的輸出電壓的諧波幅度由下式?jīng)Q定：

9、e(ejωTs)

10、=500)this.style.ouseg(this)">

11、r(ejωTs)

12、＋500)this.style.ouseg(this)">

13、d(ejωTs)

14、（5）從上式可以看出，穩(wěn)定狀態(tài)下，參考跟蹤誤差

15、r(ejωTs)

16、和重復(fù)控制中的周期性擾動(dòng)誤差

17、d(ejωTs)

18、被衰減到原來的500)this.style.ouseg(this)">倍。因此，500)this.style.ouseg(this)"

19、>反映了重復(fù)控制系統(tǒng)的諧波抑制能力，定義它為諧波抑制因子。4重復(fù)控制器的設(shè)計(jì)重復(fù)控制器的設(shè)計(jì)首先要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，然后才是考慮如何減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，抑制逆變器輸出電壓的諧波[5]。在UPS系統(tǒng)中，輸出電壓的諧波主要集中在中低頻段，因此在進(jìn)行重復(fù)控制器的設(shè)計(jì)時(shí)，只考慮中低頻段系統(tǒng)的諧波抑制，在系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析時(shí)兼顧高頻段即可。下面給出了一種重復(fù)控制器的設(shè)計(jì)方法：1）確定周期延時(shí)系數(shù)N輸出電壓的采樣周期為Ts，則一個(gè)周期內(nèi)的采樣次數(shù)即延時(shí)系數(shù)N=T/Ts。2）逆變器的簡(jiǎn)化離散數(shù)學(xué)模型P(z)逆變器的

20、數(shù)學(xué)模型可以有兩種方法，第一種是實(shí)驗(yàn)的方法[5]描出逆變器的幅頻特性曲線，通過軟件擬合后得到模型。另一種是忽略開關(guān)器件，只考慮LC濾波器和寄生電阻的二階模型。3）補(bǔ)償環(huán)節(jié)Q(z)前面已經(jīng)提到，Q(z)通常是一個(gè)接近于1的常數(shù)，或者是一個(gè)低通濾波器，設(shè)計(jì)中取Q(z)=0.95。4）逆變器模型幅頻特性補(bǔ)償器S(z)S(z)實(shí)際上是由S1(z)和S2(z)復(fù)合而成的。由于逆變器的LC濾波器在諧振頻率點(diǎn)上增益很大（如果沒有阻尼，則為無窮大），通過S(z)的補(bǔ)償，希望頻率從0到諧振點(diǎn)的增益接近于0dB，通過諧

21、振點(diǎn)之后，增益大大減小。S1(z)通常采用梳狀濾波器，這樣沒有相位延遲。S2(z)通常采用一個(gè)剪切頻率等于LC諧振頻率的二階低通濾波器，通?？山柚鶰ATLAB進(jìn)行設(shè)計(jì)。5復(fù)合控制方法UPS逆變器采用重復(fù)控制技術(shù)，在線性和非線性負(fù)載下均可以獲得良好的靜態(tài)特性，但是由于重復(fù)控制延時(shí)1個(gè)工頻周期的控制特點(diǎn)，使得單獨(dú)使用重復(fù)控制的UPS逆變器動(dòng)態(tài)特性極差，基本上無法滿足UPS逆變器的各項(xiàng)指標(biāo)，因此本文提出了雙環(huán)PI控制和重復(fù)控制相結(jié)合的復(fù)合控制方法。圖4是這種復(fù)合控制方法的結(jié)