电气工程专业外文翻译-基于直接重复控制技术的SPWM逆变供电系统（含英文原文）.doc

中北大学2015届毕业论文毕业论文英文文献及中文翻译学生姓名： 学号： 学 院： 计算机与控制工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 指导教师： 2015年6月外文文献为PDF格式，下载后双击即可打开另存基于直接重复控制技术的SPWM逆变供电系统摘要：本文介绍了一种新型的重复控制的开环SPWM逆变器。以克服开环逆变器峰值高共振可能会导致的不稳定。零相移滤波器不同于逆变传递函数和传统的二阶滤波器。这种方法具有良好的抑制谐波和大公差参数变化的能力。为了进一步减少稳态误差，低通滤波算法被应用。直流偏执问题也被考虑进去并应用重复控制解决了自身问题。该方法用数字信号处理器实现非线性负载快速收敛误差（3-5个基本周期）谐波分量低至1.4%-1.7%。它证明了常见UPS产品中高质量的输出电压比动态快速响应产品在成本方面更具有压力。关键词：逆变，脉宽调制，重复控制，不间断电源1 引言不间断电源(UPS)系统广泛应用于不能断电的公共关键负载而提供应急电源。UPS的核心是一个CVCF逆变器。这些逆变器需要高质量的输出电压。SPWM技术可以大大提高输出电压质量，实现和享有广泛的应用，因为其制作容易，低成本和运行可靠。然而，SPWM逆变器的主要缺点是输出含有大量谐波(THD)和非线性负载以及其他非线性内逆变器失真严重(死时间,非理想的开关等)。为了解决这个问题，提供各种瞬时反馈控制方案，如非周期控制，多回路的控制，已经被提出。与这些方法，可获得高质量的输出电压和快速的动态响应。缺点是1）需要测试更多的变量；2）高速控制需要杜绝干扰。这些不可避免地提高成本并且会使这些常见产品关注度降低。重复控制是一个不错的选择。它利用重复特性有效的克制干扰而其他方法不不行。控制机制实际上是一个基于基本周期的积分控制。输出电压是唯一的变量需要测量，和控制行动需要不会很快实现高质量的输出电压。尽管磁滞循环替代反应是不可能的，几个基本阶段的沉淀时间对很多应用来说是可以接受的。重复控制与非周期的控制和最小平方错误状态反馈控制相结合，与这些瞬时反馈控制方案，分别担任内部循环。而实现快速响应，内循环也提高逆变器的动态，这简化了重复控制器的设计。然而，引入瞬时反馈控制提高成本和复杂系统。如果一个重复控制器直接加上SPWM逆变器，可以实现高质量的输出电压以降低成本。这似乎更适合普通产品快速响应不是主要的考虑。由于逆变器的动态设计一个好的重复控制器的开环SPWM逆变器并不是一件容易的工作，特别是在无载。如果逆变器的参数精确已知，逆变器的逆传递函数可以合成重复控制器，它提供了快速和精确的失真补偿。然而，这需要完美的逆变器的建模，这在实践中是很困难的。近阶段独立函数方法提出了，在零相移低通数字滤波器放在上面的反馈路径阻挡任何频率成分和输出滤波器的谐振频率，从而维护系统稳定。因此，基于周期 PI控制器独立于LC参数可以用来实现良好的输出电压稳定状态。毫不奇怪，因为即使LC参数的大致的知识不是利用（除了提供数字滤波器的截止频率的上限），更好的控制行动的时机，即相位补偿，变得困难，这妨碍了快速误差收敛。本文提出了一种新的直接重复控制方案中零相波谷波滤波器用来消除逆变器的共振峰。陷波滤波器提供了更大的公差参数变化，而逆滤波器的传递函数；更好的谐波抑制，而传统的二阶滤波器。快速收敛误差达到适当超前补偿延误在开环系统中。经过方案与实验验证，证明是常见的UPS产品具有成本效益的解决方案。图1单相半桥SPWM逆变器主电路2 建立模型一个平衡的三相SPWM逆变器可以转化为两个解耦的单相逆变器通过ABC -转换。（注意负载需求不平衡自负载电流作为扰动输入）为方便起见,本研究进行一个单相半桥SPWM逆变器图1所示。忽视了开关频率的纹波，逆变器主要决定于它的动态过滤器。如果没有死时间的控制信号，开关，没有损失，过滤和线连接，然后逆变器的阻尼系数是零震级、频度和无限共振峰出现在其特点,使得重复控制相当困难。幸运的是，这不是真实的情况。死时间以及不可避免的损失在真实的逆变器总是给小阻尼L。如图1所示。逆变器的数学模型必须建立在设计开始前。但实际的阻尼比是相当难以通过理论分析确定。为了解决这个困难，本文实验方法是采取（见第五部分），也就是说，直接测量逆变器的频率响应。一些事实将减轻这一工作。1）只有级特征需要测量，由于逆变器的二阶模型是一个最小相位系统。2）与该方法、特点高于共振频率没有什么不同。所以，当增益下降可以停止工做。3）如今，大多数采用数字控制逆变器，这意味着频率变化可以既方便又准确。3 系统分析重复控制的基本概念可以发现在早期文献。图2所示是一个插件类型修改重复控制器。所有重复的干扰导致输出电压畸变，如非线性负载,空载效果，总结了作为扰动输入d。跟踪误差e是重复控制器的输入。Ur产生的重复控制电压，被添加到原来的正弦参r，补偿失真。可以看出，如果插件删除重复控制器，该系统减少了原始的SPWM逆变器。重复控制器的核心是修改后的内部模型1/(1-Q(z)z-N)，即小,传递函数的正反馈循环（N表示样品的数量在一个基本周期）。忽视了Q(z)为便于分析，修改后的内部模型减少到原来的版本1/(1-z-N)，其功能是把一个周期内误差赋给e。集成的结果来表示然后由以下单位处理生成Ur。1）Z-N：延时单元。它推迟控制动作由一个基本时间，以便提前器Zk以及因果零相移波谷滤波器中可以实现。2）S（z）：补偿器。它修改的特征级开环系统更好的谐波抑制。3）Zk：时间提前器。它提出了控制动作K样本时间在接下来的基本周期，以补偿补偿器S(z)以及逆变器的延迟P(z)。4）Kr：增益，它控制Ur的大小。如果系统是稳定的，它最终会达到一个平衡，所有变量安定下来，包括波形，这意味着必须在稳态零错误。这个错误消除机制类似于经典积分控制，可以消除稳态误差的干扰。从这个意义上讲，重复控制可以看做是一个基本周期积分控制。在实践中，一个过滤器Q(z)通常是整合和由此产生的修改内部模型不再是一个纯粹的积分器。这有效地稳定利润增加，但代价是零稳态误差5。Q(z)可以是一个低通滤波器，而只牺牲了高频谐波抑制。这是可以接受的，因为LC滤波器衰减高频谐波。Q(z)也可以是接近整体常数，这是更容易实现，但低频谐波拒绝在这种情况下也会被削弱。从图2,误差e之间的关系,正弦参考r和扰动d可以派生出来可以导出系统稳定性的充分条件和小增益定理其中在公式（2）意味着在W从0增加到奈奎斯特频率的同时，如果结束的向量e jwkTKrS(e jwkT)P(e jwT)不超过统一圆中心结束时问(ejwT)，然后重复控制系统足够稳定。图3所示的几何解释。图3还显示Q(z)（策划作为方便接近联合常数)，统一的中心圆左侧位移从(1，0)，从而防止向量ejwT KrS(ejwT)P(ejwT)超过的左边界团结圈由于缺乏高频数相位补偿。图2 重复控制的SPWM逆变器系统的框图图3 稳定的充分条件假设Q(z)=1，干扰和正弦参考纯粹的重复，即ZNd（Z）=d（Z），ZNr（Z）=r（Z），误差收敛可以由公式(1)导出。公式(3)意味着频率的谐波分量，其重要性在每个固定采样点在一个基本周期降低|H(ejwT) |倍每个基本周期后的原始值。因此， |H(ejwT) |称为误差收敛指数。这个指数是频率的函数。令z = ejwT代入到公式(1)中，可知稳态误差由谐波的频率(w)只能基本频率的倍数2/ NT，稳态误差在稳定状态方程(4)可知，跟踪参考误差| r(ejwT)(1-P(ejwT)|和此误差造成的干扰| d (ejwT) |都减少|(1-Q(ejwT)/(1-H(ejwT)|倍原来的值。级|(1-Q(ejwT)/(1-H(ejwT)|表明谐波抑制能力，并因此被定义为谐波抑制指数。请注意它也是一个频率的函数。3 重复控制器设计良好的重复控制器应该首先确保稳定，那么它应该提供足够的谐波抑制。此外，误差收敛应该尽可能快。由公式（2）到公式（4）很明显，应同时满足这些需求，| H(ejwT) |应该尽可能小，要求完美的消除谐波，也就是说，ejwkT S(ejwT)P(ejwT)= 1。这是可能的，如果逆滤波器的传递函数是用来替代ejwkkT S(ejwT)，但不适合实际的产品。虽然总是在实际操作过程中会产生参数漂