單相逆變器多環(huán)反饋控制策略研究

應(yīng)用了一個多環(huán)反饋控制策略來調(diào)節(jié)不間斷電源逆變器的輸出。分析了這種控制策略的時域與頻域特性。最后給出了仿真和實驗波形，結(jié)果證明了這種控制方法對線性負載和整流橋負載都有很好的控制效果。
關(guān)鍵詞：逆變器；多環(huán)反饋；數(shù)字控制

0 引言
過去對逆變器的研究側(cè)重于采用新型高頻開關(guān)功率器件，從而減小濾波器尺寸，優(yōu)化輸出濾波器設(shè)計以實現(xiàn)低輸出阻抗等，這些措施能在一定程度上抑制輸出波形失真并改善負載適應(yīng)性，但是還不夠理想。為了進一步提高逆變器的動態(tài)和靜態(tài)特性，必須采用新的控制方法。采用重復(fù)控制技術(shù)，可以較好地抑制周期性干擾，但是，重復(fù)控制延時一個工頻周期的控制特點，使得單獨采用重復(fù)控制的逆變器動態(tài)特性極差，基本上無法滿足逆變器的指標要求。如果將雙環(huán)控制和重復(fù)控制相結(jié)合形成復(fù)合控制方法,就可以達到較好的效果。但是，這種控制方法要占用較多的運算時間，提高了成本，使系統(tǒng)變得復(fù)雜。具有非線性補償?shù)幕？刂圃谀孀兤鞯拈]環(huán)控制中也得到了應(yīng)用，盡管滑摸控制有著快速的動態(tài)響應(yīng)，對系統(tǒng)參數(shù)和負載變化不敏感，但是建立一個令人滿意的滑模面是很困難的。

電容電流采樣的雙環(huán)控制可以極大地提高系統(tǒng)的動態(tài)反應(yīng)速度,如果把順饋控制和逆饋控制相結(jié)合，組成復(fù)合控制系統(tǒng)，那么可以達到比較理想的控制效果。本文所采用的就是這種帶有順饋補償?shù)妮敵鲭妷汉蜑V波電容電流反饋的復(fù)合控制方案。

l 逆變器的控制模型
圖1是全橋逆變器的主電路圖，Vd是直流電壓源，S1～S4是4個IGBT開關(guān)管，L和C是濾波電感和濾波電容，用于濾除逆變系統(tǒng)中的高次諧波。RL和RC是濾波電感和濾波電容的等效串聯(lián)阻抗。z是負載，負載可以是純阻性也可以是非線性等。圖1所示的逆變器主電路由于開關(guān)器件的存在是個非線性系統(tǒng)。但是，當器件的開關(guān)頻率遠遠大于逆變器輸出電壓的基波頻率時，可以用狀態(tài)空間平均和線性化技術(shù)來分析。按照圖1所示，可以得到下面的逆變器模型的動態(tài)方程：

式中：iC，iL,iZ，分別是通過電感，電容，負載的電流。
式中:ic,iL,iz上面的動態(tài)方程顯示了逆變器中各個量的相互關(guān)系。在上面建立方程的過程中，逆變器可以看作一個具有恒定增益的放大器。以上述的動態(tài)方程為基礎(chǔ)，可以設(shè)計一個如圖2所示的復(fù)合控制器。圖2中各參數(shù)的定義如表1所列。