《基于最少拍控制的逆变器双环控制策略的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于最少拍控制的逆变器双环控制策略的研究（59页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、华中科技大学 硕士学位论文 基于最少拍控制的逆变器双环控制策略的研究 姓名：闫红烨 申请学位级别：硕士 专业：电力电子与电力传动 指导教师：彭力 2011-01-08 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘 要 随着电力电子技术的发展和用电设备对电源控制性能要求的提高，各种逆变器波 形控制技术不断发展的同时面临新的挑战。最少拍控制由于具有良好的跟踪特性一直 以来主要用于机械控制等方面，目前还未在逆变器正弦输出波形方面的控制有所应 用。本文重点研究了电感电流内环最少拍电压外环的逆变器双环控制方案，从控制方 案的改进，理论问题的推导到具
2、体的设计流程都给出了详细的分析和说明。 本文首先给出了单相全桥 PWM 逆变器数学模型，简单介绍了最少拍数字控制系 统的设计思路。选用最少拍无波纹设计方案根据逆变器的具体参数设计出最少拍单电 压环控制器。通过仿真实验论证了最少拍单电压环控制方案在稳态特性上的优势及其 在动态过程和非线性负载情况下的不足之处。分析了最少拍单环设计控制性能不高的 主要原因后，采用双环控制加以改进。接着详细讨论了如何解决增加电流内环后系统 设计的复杂性和内外环之间的相互影响等问题。 基于理论分析和计算，在一台样机上进行最少拍双环控制实验，实验结果基本与 理论分析结果相符。 最后指出实验结果中需要改进的地方， 作为以后
3、研究的重点内容。 关键词：数字双环控制 最少拍无纹波控制 电感电流反馈 电压解耦 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract With the development of power electronics and increased requirements of electrical equipment for power performance, all kinds of inverter waveform control technology developed, while facing new challe
4、nges. Beat control that has been mainly used for machine control, etc, due to good tracking performance, has not yet been applied at the inverters sinusoidal output waveform control. This paper focuses on dual-loop digital control technique with the inductor current feedback and beat voltage control
5、ler for single-phase inverter. The improvement of control scheme, the derivation of theoretical issues and specific design process are given a detailed analysis and description. Firstly, this paper has presented a single full-bridge PWM inverter model, introduced briefly beat digital control system
6、design and chosen the beat ripple-free method to design voltage controller according to the specific parameters of the inverter. The simulation results of beat control in a single voltage loop demonstrated its advantages in the static characteristics and shortcomings with dynamic and non-linear load
7、. After pointing out the main reason for poor performance of single-loop design, we used double-loop control to improve, and then discussed how to solve the design complexity and the influence between the inner and outer loop in the double loop system. Based on theoretical analysis and calculations,
8、 a single-phase inverter prototype applying beat double-loop control technique is researched in the paper, the experimental results accord with theoretical analysis. At last the problems of the experiment are proposed to be further studied. Keywords：Digital double-loop control； beat ripple-free cont
9、rol；inductor current feedback；Voltage decoupling 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究做 出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声 明的法律效果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文
10、的复印件和电子版， 允许 论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。 本论文属于 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 保密，在 年解密后适用本授权书。 不保密。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪 论 1.1 引言 随着科技的发展，电子设备以及各种精密仪器已经被广泛应用于工业自动化控 制、通信、办公自动化等领域1，由于对操作要求的提高和行业的
11、差异而导致对于电 源的要求各有不同，所以很多用电设备要根据自身所需的电能形式，对交流电进行相 应的变换。以逆变作为主要电能变换方式的开关电源技术和现代控制技术等多种实用 技术，已被广泛的应用于工业领域中，并得到了迅速发展。 计算机和互联网的日益普及，因此保证稳定的电网电压和频率，改进电网质量， 在意外停电时延续供电时间减少用户损失显得尤为重要，采用不同的控制方法提供高 性能的不间断电源成为现今研究的主要方向。大功率开关 IGBT 的出现，弥补了电力 晶体管和 MOSFET 各自的缺点，它具有较小的驱动功率和饱和压降，开关速度也很 快，这使得 UPS（Uninterruptible Power
12、Supply）的核心部分逆变器技术也发展得 更为迅速。 逆变器在 UPS、 机车辅助电源和航空机载电源等场合的应用主要为恒压恒频逆变 器，这种电源装置在直流电源或负载在一定范围内波动时，仍然能够保证输出波形为 标准正弦波，同时电压和频率恒定。而在交流调速系统中主要应用的是变压变频逆变 器，以获得所需要的电压、电流和频率。逆变器按照直流侧电源的形式，分为电流源 型逆变器和电压源型逆变器两种4；按照输出端的项数上分类，逆变器又有单相和三 相的分别，其中的单相半桥逆变电路是最简单最基础的逆变电路形式，也是构成其他 复杂逆变电路的基本单元，因此，单相逆变器的控制技术研究同样可以应用于三相逆 变器。 高
13、性能的逆变电源必须要有稳态精度高、 总谐波畸变率低、 有效抑制扰动等特点， 还要兼顾控制电路结构的简洁性，设计和制造的灵活性以及系统的可靠性等。如果逆 变器的控制策略并不理想使得控制质量下降，当其负载发生变化或突然投入使用时， 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 输出电压波形畸变或幅值的剧烈变化，此时处于运行状态下的负载可能会受到较大的 影响，如计算机控制系统，存储设备等会因此发生瞬时掉电复位，导致数据的丢失或 破坏 2。 采用模拟电路控制的传统逆变器固有的缺点不容忽视：如采用采用大量的分散元 件和电路板而提高了硬件的成本，也降低了
14、系统可靠性；可能导致逆变器故障的器件 老化和温漂现象也不可避免；人工调试器件不仅生产效率低，同时调高了生产成本。 从二十世纪八十年代初至九十年代末，经过微处理器的一系列发展与改进，逆变器的 数字化控制开始出现，并朝着全数字化、智能化的方向发展。 与模拟控制相比，逆变器采用全数字化控制具有以下明显优势 3： (1)高性能的控制策略和智能控制方案更加易于实现，加快了研究进程； (2)在硬件电路不变的情况下，实现在线修改控制算法，控制更加灵活方便； (3)系统可靠性高，易于标准化，维护方便； (4)系统的一致性较好，体积小，成本低，生产制造方便； (5)使得大规模逆变器并联运行系统的可靠性更高。 综
15、上所诉，研究逆变器电源的数字控制策略，提高其控制质量，并针对其不足之 处加以完善，对于电力电子技术的发展和应用具有重大意义。 1.2 逆变电源波形控制策略的分析与比较 从上世纪 30 年代开始，控制理论学科的发展经历了经典控制理论、现代控制理 论，至今已发展到智能控制的阶段。在高性能数字信号处理器的出现和控制理论的普 遍发展的背景下 4,自上世纪 80 年代开始，逆变波形的控制成为逆变器提高波形质量 和带负载能力的重要手段。现在已经产生了基于各种先进控制策略的、种类繁多的逆 变波形控制策略与控制方案 56。通过对国内外文献的参考和研究，了解到目前应用 到 UPS 的控制策略主要 PID 控制、
16、无差拍控制、重复控制、模糊控制以及神经网络 控制等。由于其各自的特点和技术发展的限制，各种控制方法的发展前景，应用范围 各有所异 7。 ? PID 控制：这是一种相对比较传统的控制策略，以其结构简单，鲁棒性好，参数 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 3 易于整定等特点广泛应用于工程实践中。但是，数字 PID 的局限性一方面体现在 调节器的精度比较差；另一方面，它是一个具有纯时间滞后系统，造成控制器的 设计困难,稳定性减小8。文献9提出了一种预测型 PID 控制器，较好地克服了时 间滞后造成的影响。 通过各种补偿措施、 采用高速 A/D 和高速 DSP 以及提高开关 频率的方法可
