逆變電源的幾種控制算法

逆變電源廣泛運用于各類：電力、通訊、工業(yè)設備、衛(wèi)星通信設備、軍用車載、醫(yī)療救護車、警車、船舶、太陽能及風能發(fā)電領域。

在電路中將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的過程稱之為逆變，這種轉(zhuǎn)換通常通過逆變電源來實現(xiàn)。這就涉及到在逆變過程中的控制算法問題。

只有掌握了逆變電源的控制算法，才能真正意義上的掌握逆變電源的原理和運行方式，從而方便設計。在本篇文章當中，將對逆變電源的控制算法進行總結(jié)，幫助大家進一步掌握逆變電源的相關知識。

逆變電源的算法主要有以下幾種。

數(shù)字PID控制

PID控制是一種具有幾十年應用經(jīng)驗的控制算法，控制算法簡單，參數(shù)易于整定，設計過程中不過分依賴系統(tǒng)參數(shù)，魯棒性好，可靠性高，是目前應用最廣泛、最成熟的一種控制技術。它在模擬控制正弦波逆變電源系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛的應用。將其數(shù)字化以后，它克服了模擬PID控制器的許多不足和缺點，可以方便調(diào)整PID參數(shù)，具有很大的靈活性和適應性。與其它控制方法相比，數(shù)字PID具有以下優(yōu)點：

PID算法蘊涵了動態(tài)控制過程中過去、現(xiàn)在和將來的主要信息，控制過程快速、準確、平穩(wěn)，具有良好的控制效果。

PID控制在設計過程中不過分依賴系統(tǒng)參數(shù)，系統(tǒng)參數(shù)的變化對控制效果影響很小，控制的適應性好，具有較強的魯棒性。

PID算法簡單明了，便于單片機或DSP實現(xiàn)。

采用數(shù)字PID控制算法的局限性有兩個方面。一方面是系統(tǒng)的采樣量化誤差降低了算法的控制精度;另一方面，采樣和計算延時使得被控系統(tǒng)成為一個具有純時間滯后的系統(tǒng)，造成PID控制器穩(wěn)定域減少，增加了設計難度。

狀態(tài)反饋控制

狀態(tài)反饋控制可以任意配置閉環(huán)控制系統(tǒng)的極點，實現(xiàn)了逆變電源控制系統(tǒng)極點的優(yōu)化配置，有利于改善系統(tǒng)輸出的動態(tài)品質(zhì)，具有良好的瞬態(tài)響應和較低的諧波畸變率。但在建立逆變器的狀態(tài)模型時將負載的動態(tài)特性考慮在內(nèi)，因此狀態(tài)反饋控制只能針對空載和已知的負載進行建模。由于狀態(tài)反饋控制對系統(tǒng)模型參數(shù)的依賴性很強，使得系統(tǒng)的參數(shù)在發(fā)生變化時易導致穩(wěn)態(tài)誤差的出現(xiàn)和以及動態(tài)特性的改變。例如對于非線性的整流負載，其控制效果就不是很理想。

重復控制

重復控制是近幾年發(fā)展起來的一種新型逆變電源控制方案，它可以克服整流型非線性負載引起的輸出波形周期性的畸變。重復控制的思想是假定前一周期出現(xiàn)的基波波形畸變將在下一個周期的同一時間重復出現(xiàn)，控制器根據(jù)給定信號和反饋信號的誤差來確定所需的校正信號，然后在下一個基波周期的同一時間將此信號疊加到原控制信號上，以消除后面各個周期將出現(xiàn)的重復性畸變。該控制方法具有良好的穩(wěn)態(tài)輸出特性和非常好的魯棒性，但該方法在控制上具有一個周期的延遲，因而系統(tǒng)的動態(tài)響應較差。自適應重復控制方案，已經(jīng)成功地應用于逆變器的控制中。

滑模變結(jié)構(gòu)控制

滑模變結(jié)構(gòu)控制利用不連續(xù)的開關控制方法來強迫系統(tǒng)的狀態(tài)變量沿著相平面中某一滑動模態(tài)軌跡運動。該控制方法最大的優(yōu)點是對參數(shù)變化和外部干擾的不敏感性，即強魯棒性，加上其開關特性，特別適用于電力電子系統(tǒng)的閉環(huán)控制。但滑模變結(jié)構(gòu)控制存在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)效果不佳、理想滑模切換面難于選取、控制效果受采樣率的影響等弱點。如今，逆變電源的滑模變結(jié)構(gòu)控制的研究方興未艾，特別滑模變控制和其它智能控制策略相結(jié)合所構(gòu)成的符合控制策略的研究倍受關注。

無差拍控制

無差拍控制是一種基于微機實現(xiàn)的PWM方案，它根據(jù)逆變電源系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出反饋信號來計算逆變器的下一個采樣周期的脈沖寬度，80年代末引如到正弦波逆變電源控制系統(tǒng)中。對于線性系統(tǒng)來說，該控制方法具有很好的穩(wěn)態(tài)特性和快速的動態(tài)響應。其缺點也十分明顯：它對系統(tǒng)參數(shù)的變化反應靈敏，即魯棒性較差。一旦系統(tǒng)參數(shù)出現(xiàn)較大波動或系統(tǒng)模型建立不準確時，系統(tǒng)將出現(xiàn)很強的震蕩。為此，在無差拍控制之中引入智能控制是當今的研究熱點之一。

智能控制

智能控制技術主要包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡和專家系統(tǒng)，對于高性能的逆變電源系統(tǒng)，模糊控制器有著以下優(yōu)點：

具有較強的魯棒性和自適應性，模糊控制器的設計不需要被控對象的精確數(shù)學模型。

查找模糊控制表占用處理器的時間很少，因而可以采用較高采樣率來補償模糊規(guī)則的偏差。

模糊控制的優(yōu)勢在于，能夠根據(jù)不同精度的需求開靠近非線性函數(shù)，但相對的，其規(guī)則樹和分檔都收到了一定程度的控制。同事也包含人為控制的因素，所以模糊控制在控制方面的精度仍然有待改善。