寬輸入范圍逆變啟動電源數(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)位論文制對象的非線性進行近似處理，已達到控制對象線性化模型。小信號分析法是電力電子系統(tǒng)動態(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)運行在穩(wěn)態(tài)工作點附近，當(dāng)擾動信號很小時，對穩(wěn)態(tài)工作點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)變換器的小信號線性動態(tài)模型。確定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型之后，可以進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。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。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、設(shè)計簡單等一系列特性，故其被應(yīng)廣泛用于各種場合。PI控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對直流信號穩(wěn)態(tài)無靜差的跟蹤，而且具有很好的動態(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，針對逆變輸出電壓波形在整流負載或者相控負載擾動下引起的畸變周期性重復(fù)出現(xiàn)進行補償?shù)目刂撇呗?。在輸出到被控對象的控制信號上，除了本周期的控制量外，還疊加了上個周期的存在的誤差量?；ㄐ盘柡椭C波信號都存在著周期性，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

3、算逐個周期的補償誤差信號，疊加到控制信號上，從而消除周期性干擾，實現(xiàn)無靜差的跟蹤給定信號。重復(fù)控制具有高穩(wěn)態(tài)精度、高性價比控制技術(shù)，但是由于它的調(diào)整時間至少是一個周期，所以其動態(tài)特性不能夠滿足要求，在實際的應(yīng)用場合經(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，從而忽略或者削弱其它頻率的信號。PR控制是選擇基波信號建立內(nèi)模，則可以無靜差的跟蹤基波信號；對諧波信號建立內(nèi)模，則可以有效的抑制諧波信號。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，

4、避免了dq坐標(biāo)系變換之后產(chǎn)生的耦合對控制器的影響。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，控制器造成的穩(wěn)態(tài)誤差則會比較大。（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)控制對象離散數(shù)學(xué)模型精確計算控制量并作用于對象來使輸出量的偏差在一個采樣周期時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)點是響應(yīng)速度快，算法簡單；但由于其控制效果取決于電路模型估計的準確程度，并且系統(tǒng)模型隨負載不同而不同，因此系統(tǒng)魯棒性不強，很有可能使電路模型不準導(dǎo)致系統(tǒng)控制失穩(wěn)，不利于電力電子系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。（

5、5）模糊控制。模糊控制是對人腦模糊信息處理方式的模擬。模糊控制器一般針對控制對象數(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采用。對于控制對象具有較明確的數(shù)學(xué)模型時，采用模糊控制不太必要。1.2.3控制器的設(shè)計根據(jù)已經(jīng)得到的控制對象的數(shù)學(xué)模型以及選擇的控制策略，可以進行控制器的設(shè)計?？刂破鞯脑O(shè)計的方法有頻域響應(yīng)法、根軌跡法和狀態(tài)空間法兩大類：頻域響應(yīng)法對系統(tǒng)進行校正的依據(jù)是開環(huán)系統(tǒng)的頻率特性能夠反映閉環(huán)系統(tǒng)的動態(tài)和靜態(tài)性能，根據(jù)控制對象的傳遞函數(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)的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，給出了閉環(huán)系統(tǒng)時間響應(yīng)的全部信息和開環(huán)零、極點如何變化滿足給定的閉環(huán)系統(tǒng)指標(biāo)要求，在控制對象分析和設(shè)計中具有較高的工程價值；狀態(tài)空間法通過狀態(tài)反饋極點配置對控制對象動態(tài)性能進行校正，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、抑制擾動影響[8][9]以及實現(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)試困難等缺點。隨著計算機技術(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、通用性、系統(tǒng)監(jiān)控維護方便、高可靠性、易于硬件電路標(biāo)準化等諸多優(yōu)點開始慢慢取代分立的模擬控制，特別是近年來單片機、DSP以及FPGA的廣泛采用，[8]使得實現(xiàn)數(shù)字控制越來越容易。單片機具有速度快、效率高、性能可靠等優(yōu)點，可以用作電力電子數(shù)據(jù)采集、運算處理、PWM信號生成以及系統(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)存儲器應(yīng)用于電力電子裝置主電路控制、系統(tǒng)通信以及實時監(jiān)控等方面；FPGA采用并行處理方式，可以3萬方