（检测技术与自动化装置专业论文）逆变电源数字化控制技术研究.pdf

摘要 论文题目： 学科专业： 研究生： 指导教师： 逆变电源数字化控制技术研究 检测技术与自动化装置 刘春瑞签名： 黄西平副教授签名： 摘要 随着现代科技的发展，各行各业对逆变电源的性能提出了更高的要求。好的逆变 电源电压输出波形主要包括三个方面：稳态精度高、动态性能好及负载适应性强。数 字控制可以实现各种先进、智能的控制算法来提高逆变电源性能，因此数字化控制是 当今逆变电源发展的主要方向。 本文致力于逆变电源数字化控制技术的研究。首先讨论了各种数字控制策略的优 缺点，指出各种控制策略相互取长补短组成复合控制器是一种发展趋势。接着本文对 逆变电源系统进行了分析，建立了单相逆变电源的数学模型及m a t l a b 仿真模型；从 逆变电源的输出特性分析出发，在深入研究重复控制器和模糊控制器的基本原理及设 计方法的基础上，提出将重复控制与模糊自整定p i 控制相结合组成复合控制策略， 利用重复控制来提高系统的稳态精度，模糊自整定p i 控制以提高系统的动态响应。 m a t l a b 仿真结果表明该复合控制方案在线性负载和周期性非线性负载下均能获得良 好的稳态和动态性能。 本文最后进行了以t m s 3 2 0 f 2 8 1 2d s p 为控制核心的逆变电源控制系统的软硬件设 计，给出了软件流程图并对硬件电路中的驱动电路、采样调理电路及保护电路进行了 调试。 关键词：逆变电源；重复控制；模糊控制：复合控制；d s p t i l e ：t h es t u d yo nd i g i t a lc o n t r o l o fi n v e r t e r m a j o r ：m e a s u r e m e n tt e c h n o l o g ya n da u t o m a t i o ni n s t a l l a t i o n s n a m e ：c h u n r u jl i u s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o f x i p i n gh u a n g a b s t r a c t s i g n a t u r e ： s i g n a t u r e ： w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm o d e r ns c i e n c ea n d t e c h n o l o g y , v a r i o u si n d u s t r i e ss e th i g h e r r e q u i r e m e n t so nt h ep e r f o r m a n c eo fi n v e r t e r s g o o do u t p u tw a v e f o r mo fi n v e r t e rv o l t a g e m a i n l yi n c l u d e st h r e ea s p e c t s ：h i g hs t e a d y s t a t ep r e c i s i o n ，g o o dd y n a m i cp e r f o r m a n c ea n d g o o dl o a da d a p t a b i l i t y t h ed i g i t a lc o n t r o lm a yi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo fi n v e r t e f t h r o u g hc o m p l e x ，i n t e l l i g e n tc o n t r o la l g o r i t h m s ，a n dt h e r e f o r et h ed i g i t a lc o n t r 0 1i st h e m a i nd i r e c t i o nw h i c ht h ei n v e r t e rp o w e r s u p p l yd e v e l o p s t h l sp a p e rd e v o t e st or e s e a r c ht h ei n v e r t e rp o w e r s u p p l yd i g i t a lc o n t r o lt e c h n o l o g y f i r s t ，t h i sa r t i c l ed i s c u s s e st h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h ed i g i t a lc o n t r o ls t r a t e g y p o i n t i n go u tt h a tc o m p o u n d e dc o n t r o lm e t h o di st h ed e v e l o p i n gt r e n db e c a u s et h em e t h o d c a nt a k eg o o da d v a n t a g eo fe v e r yp a r tw h i l ea v o i d i n gi t sd e f a u l t t h e nt h ep a p e r a n a l y s e s t h e1 n v e r t e rp o w e rs u p p l ys y s t e m sa n de s t a b l i s h e sm a t h e m a t i c a lm o d e l s a n dm a t l a b s i m u l a t i o nm o d e l so fas i n g l e p h a s ei n v e r t e r t h i sp a p e rb e g i n sw i t ht h ea n a l y s i so ft h e l n y e n c r so u t p u tc h a r a c t e r i s t i c ，t h e n p r o p o s e sah y b r i dc o n t r o ls t r a t e g yw i t hr e p e t i t i v e c o n t r o la n df u z z y s e l f - t u n i n gp ic o n t r o lb a s e do nt h e i r sp r i n c i p l e sa n dt h ed e s i g nm e t h o d s ， i nw h i c ht h er e p e t i t i v ec o n t r o l l e ri su s e dt oi m p r o v es t a b i l i t yr e s p o n s ea n d f u z z ys e l f - t u n i n g p ic o n t r o l l e ri su s e dt o i m p r o v ed y n a m i cr e s p o n s e t h er e s u l t so fm a t l a bs i m u l a t i o n s h o wt h a tt h eh y b r i dc o n t r o ls t r a t e g yc a nm a k eag o o ds t a b l ea n dd y n a m i cp e r f b 咖a n c e u n d e rl i n e a ra n d p e r i o d i cn o n 1 i n e a rl o a d s f i n a l l y , t h ea r t i c l ed e s i g n st h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r eo ft h ec o n t r o ls v s t e mo f i n v e r t e f a n dt m s 3 2 0 f 2 8 1 2d s pi su s e da st h ec o n t r o lc o r e ，t h e no f f e r s t h et o t a ls t r u c t u r eo f s o f t w a r ed e s i g na n de x p a t i a t e st h eh a r d w a r ec i r c u i t so ft h ec o n t r o l ，d a t ac o l l e c t i o n ，d r i v i n g a n dp r o t e c t i o nc i r c u i te t c k e yw o r d s ：i n v e r t e rp o w e rs u p p l y ；r e p e t i t i v ec o n t r o l ；f u z z yc o n t r o l ；h y b r i dc o n t r o l ：d s p 2 独创性声明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人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成果。尽我所知，除特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同志对本文所研究的工 作和成果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任 论文作者签名：虹羞茎睾2 0 d z 年弓月弓f 日 学位论文使用授权声明 本人塾查迸在导师的指导下创作完成毕业论文。本人已通过论文的答辩， 并已经在西安理工大学申请博士硕士学位。本人作为学位论文著作权拥有者，同意 授权西安理工大学拥有学位论文的部分使用权，即：1 ) 已获学位的研究生按学校规定 提交印刷版和电子版学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生 上交的学位论文。可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索：2 ) 为 教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、 资料室等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。 本人学位论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权西安理工大学研究生部办 理。 ( 保密的学位论文在解密后，适用本授权说明) 论文作者签名：叁l 查酶：导师签名：d 卿咯年矽月多j 日 绪论 1 绪论 1 1 逆变电源技术的现状及发展趋势 逆变电源技术出现于2 0 世纪6 0 年代，是电力电子技术中的一个重要组成部分，综合 了现代电力电子开关器件的应用、功率变换、模拟和数字电子技术、p w m 技术以及控制技 术等多门学科的实用技术。它的作用是把质量较差的电能变换为质量较高，能满足负载对 电压和频率要求的电能，提供给交流电机、变频电源、有源滤波器和电网无功补偿器等使 用。伴随着社会信息化的发展和电子产品的广泛应用，社会生活的正常运转严重依赖于电 力供应。因此在众多关键领域如航空航天技术，医疗，军事，银行等，对供电系统的可靠 性有很高的要求，因此高质量的不间断电源u p s 成为不可或缺的电源设备。而u p s 的核心 是一个c v c f s p w m 逆变器，对u p s 的性能有决定性影响3 1 。 早期的逆变电源，只要其输出不断电、稳压、稳频即可，而今天的逆变电源除这些要 求外还必须做到环保无污染。同时，随着网络技术的发展，对逆变电源的网络功能也提出 了更高的要求。设计高性能逆变电源是当今的一个发展趋势，高性能逆变电源应满足：输 入功率因数高，输出阻抗低；暂态响应快，稳态精度高；稳定性高，效率高，可靠性高； 电磁干扰低；智能化；完善的网络功能；数字化控制等一1 。 传统的逆变电源多采用模拟控制或模拟与数字相结合的控制系统，该控制结构比较成 熟，也积累了大量的设计经验，但是存在着许多难以克服的缺点：采用大量分立元件，成 本高，系统可靠性低，升级换代困难；设计周期长，调试复杂，效率低，控制系统一致性 差；器件老化、热漂移问题，使逆变电源输出性能下降；监控功能有限，一旦出现故障， 恢复困难；先进复杂的控制算法实现困难等。 近年来，随着a s i c 、f p g a 及d s p 等技术的发展，数字化己经成为当今社会的主流。 随着t i 、m o t o r o l a 等公司推出的可用于逆变电源的高性能d s p 以及控制理论的发展，使 逆变电源控制技术朝着全数字化、智能化和网络化的方向飞速发展。与模拟控制相比，数 字控制具有明显优势：系统紧凑，简化了硬件电路，通用性强，抗干扰能力强；设计制造 灵活，一致性好，改变控制方案，只需修改软件，无需变动硬件，缩短了研制周期；易于 实现先进控制算法，使逆变电源的智能化程度更高，性能更佳；控制系统可靠性高，避免 了模拟元件产生的漂移；系统维护方便，一旦出现故障，可以通过r s 2 3 2 或r s 4 8 5 或u s b 接口进行调试、故障与历史纪录查询、软件修复、控制参数的在线修改等，甚至还可以通 过网线远程操作，提供远程服务；易组成高可靠性的大规模逆变电源并联运行系统，实现 各模块之间的均流控制和通讯”川川“。 因此数字化控制是当今逆变电源发展的主要方向。虽然数字控制方案获得了大量的研 究，数字控制的优势为逆变电源性能的提高带来了很多可能性，但数字控制自身的存在的 西安理工大学硕士学位论文 问题却限制了优势的发挥。数字控制自身存在的问题n 1 ： 采样和量化过程产生的误差。该问题主要集中在建模和分析方面。减小采样和量化 过程产生的误差的影响，主要依赖于硬件的发展，随着数字处理器和采样器件的发展，该 问题日益减轻，对数字逆变电源的性能已不会构成太大的威胁； 数字处理器采样、计算延时。这是目前研究最多的一个问题，它所引起的最明显的 问题是p w m 逆变电源最大占空比受限，直流母线电压利用率降低，引起输出畸变和不稳定 的问题。解决这些问题有多种途径，主要有：减小采样时间即提高a d 采样率；增大直流 母线电压或降低逆变电源输出电压；采用新的p w m 调制方式等； 数字化离散过程带来的数字逆变电源性能的影响。数字控制系统的稳定性与零阶保 持器有关，控制理论也指出数字离散化过程对控制对象的性能有影响，但没有给出各控制 对象普遍使用的结论。因此，零阶保持过程是否会对数字p w m 逆变电源的性能的提高带来 很大的影响等问题，尚未有文献对此进行深入分析。 同时正弦波逆变电源系统是一个复杂的电力电子装置，是一个多变量、非线性、时变 的系统，因此它的控制有它自身存在的困难。目前的困难主要来自于n ： 逆变电源的输出要跟踪的是一个正弦信号，它不同于常值控制。在闭环控制下，给 定信号与反馈信号之间不可避免的存在相位差。这种相位差与负载有关，这给控制器的设 计带来困难； 逆变电源的输出滤波器对系统的模型影响很大，输入电压的波动幅度和负载的性 质、大小的变化范围往往比较大，这些都增加了控制对象的复杂性，使得控制对象模型的 高阶性、不确定性、非线性显著增加； 对于数字式p w m ，都存在一个开关周期的失控区间，一般是在每个开关周期的开始 或上一个周期之末来确定本次脉冲的宽度。即使这时系统发生了变化，也只能在下一个开 关周期对脉冲宽度做出调整。 1 2 谐波污染问题 ( 1 ) 谐波的危害 随着各类用电设备增多，尤其非线性负载的种类、数量和比重都迅速增加，谐波的污 染问题日益严重，主要体现在以下几个方面：谐波使电网中的元件产生附加谐波损耗，降 低了发电、输电及用电设备的效率；谐波引起电机和变压器等运行效率下降；谐波引起电 容器的电效应、热效应和机械效应；谐波导致某些继电保护装置误动作；谐波还使电气测 量仪器失准；谐波干扰中的高次成份对通讯、控制系统造成干扰 1 9 , 2 0 , 2 1 。 ( 2 ) 谐波的来源 2 绪论 若要对谐波污染进行治理，首先要找到谐波产生的根源。当前公认非线性负载是产生 谐波的主要来源。而在非线性负载中，不可控整流装置所占的比重最大。这种电路伏安特 性呈现严重非线性。即使供电电压为标准正弦波，负载电流也会严重畸变。由于电源内阻 不为零，这种包含大量谐波成份的电流会产生谐波压降，使输出波形畸变。对逆变器而言， 当负载侧为不控整流桥、滤波电容和电阻时，由于二极管具有单向导通特性，只有电源电 压瞬时值高于负载侧电容电压时才有电流，而二极管一旦导通，负载又呈现很低的线路阻 抗。随着二极管周期性的导通关断，逆变电源输出电流为一系列尖项窄脉冲，输入电流 t h d 高达1 0 0 ，此时逆变电源输出电压会出现明显消顶，电压t h d 会超过5 ，严重时会达 到1 0 以上，远远超出供电质量的标准 1 9 , 2 0 o 对电压型逆变电源而言，除了非线性负载以外，为防止桥臂直通而设置的死区延时也 会对电压波形造成影响。死区的存在使理想p w m 输出电压中叠加了一组高频脉冲，其幅值、 频率与p w m 脉冲相同，宽度等于死区时间，包络线为方波，这一波形中包含开关频率以下 的低次谐波，因此，死区的存在一方面会影响输出基波电压的幅值和相位，另一方面又会 使输出电压波形发生畸变 。 ( 3 ) 谐波的抑制 当前解决谐波污染的方法主要有三种：一是对产生谐波的电力电子装置的拓扑结构和 控制策略加以改造，从根源上消除谐波来源；二是在电网侧对己经产生的谐波进行补偿， 降低谐波对其它用电设备的危害与影响；三是从电源端入手，选用适当的控制方式，降低 电源内阻，减小谐波压降引起的输出电压失真。 对于p w m 逆变器，输出电压的畸变主要来源于谐波电流在逆变器输出阻抗上的压降。 降低逆变器的输出阻抗，就可以解决电压畸变的问题。降低输出阻抗通常有三种方法1 4 l ： 一是针对特定谐波，设计l c 谐振电路，通过合理设置频率点，使系统在特定次谐波 处输出阻抗近似为零。此方法的弊端显而易见：每一次谐波都要增设一个l c 支路，电源 体积、重量成本都将大大增加； 二是提高开关频率。开关频率的提高有利减小滤波电感，从而降低逆变器的输出阻抗。 对于小功率产品这种方法可以获得很好的效果，但是对于中、大功率设备，由于受器件限 制，开关频率不可能很高，电感较小余地不大； 第三种方法是采用合适的闭环控制方法，引入输出电压的瞬时值反馈控制可以明显增 强电源系统抵抗非线性负载扰动的能力，减小电压输出波形的畸变。这是因为采用电压瞬 时值反馈控制技术后，p w m 逆变器的闭环输出阻抗相对开环情况大大降低。通过合适的控 制方法减小输出电压谐波，与单纯增设l c 谐振电路或提高开关频率的方法相比，简单、 经济，而目更加有效。 3 西安理工大学硕士学位论文 对于死区效应，可以采用很多措施进行补偿，但这些补偿措施对非线性负载的影响是 无效的。另外还可以采用适当的闭环控制策略可以有效地解决死区问题。 闭环控制策略不仅可以克服非线性负载的影响，还可以补偿死区效应的影响。因此， 采取适当的控制策略是实现理想正弦波输出的最优选择。所以，波形控制技术一直是p w m 逆变器领域的研究热点。主要的控制方案包括p i d 、双闭环、无差拍控制、状态反馈、滑 模变结构控制、模糊控制、神经网络控制和重复控制等。 1 3 逆变电源波形数字控制策略介绍 ( 1 ) 数字p i d 控制 p i d 控制“3 8 1 蚰是目前为止应用最为广泛、最为成熟的一种控制技术，以其结构简单、 鲁棒性好、易于实现等特点，在工程实践中得到了广泛的应用。p i d 控制校正环节包括三 部分：比例环节、积分环节、微分环节，此三个作用配合得当，可使动态过程快速、平稳、 准确，收到良好的效果。但在逆变电源中，由于空载的逆变器模型近似于二阶临界振荡环 节，积分器的作用又会增加相位滞后，为了保证系统的稳定，控制器的比例p 必须加以限 制，控制系统动态性能一般，系统对非线性负载扰动的抑制效果不佳。由控制理论可知， p i d 控制无法实现对正弦参考信号的无静差跟踪，系统的稳态精度不容易满足要求。 ( 2 ) 无差拍控制 无差拍控制“6 1 州早在1 9 5 9 年就已由k a l m a n 提出，是一种数字控制方法。它的基 本思想是将输出正弦参考波等间隔地划分为若干个采样周期。根据电路在每个采样周期的 起始值，用电路理论预测在关于采样周期中心对称的脉冲作用下，在采样周期末，负载应 输出的值。这个输出值的大小，与方波脉冲的极性与宽度有关，适当控制就能使负载上的 输出在采样周期的末尾与参考波形相重合。 无差拍控制对负载有很强的适应能力，尤其对非线性负载，输出波形失真小，有非常 快的暂态响应；输出能够很好地跟踪给定值，负载突变时，只要几个开关周期就可以调整 输出电压；输出波形的畸变率小等优点。无差拍控制最大的缺点就是对精确数学模型的依 赖，此外鲁棒性不强，当负载变化等原因出现参数波动，都容易造成系统的不稳定或者输 出性能恶化；瞬态超调量较大。在它的控制算法中，把负载也作为一个输入参数，因此对 参数变化非常敏感。 4 ( 3 ) 滑模变结构控制 所谓变结构是指在系统工作中，根据运行参数的变化使系统中各环节之间的联结方式 绪论 发生变化，或者某些信号的极性发生变化，称这类系统为变结构控制系统。 滑模变结构控制n j 1 1 是一种非线性控制方法，它是利用某种不连续的开关控制策略 来强迫系统的状态变量沿着相平面中某一预先设计好的“滑动模态”轨迹运动，以达到预 期的性能。滑模控制在被控对象模型不确定时提供了一种系统方法，其最突出的优点是对 参数变化和外部扰动不敏感，具有快速性和强鲁棒性的优点，加上其固有的开关控制特性， 特别适用于负载变化时的逆变器控制，但也存在控制系统稳态效果不佳、理想滑模切换面 难于选取、控制效果受采样率的影响等弱点。另外，就波形跟踪质量来说，滑模控制不及 重复控制和无差拍控制。 ( 4 ) 状态反馈控制 利用状态反馈即将逆变器中的状态变量通过适当的系数反馈，可以合理地配置系统的 极点改变系统的阻尼比，提高系统的动态特性。从控制理论的角度来说，闭环系统性能与 闭环极点( 特征值) 密切相关，经典控制理论用调整开环增益及引入串、并联校正装置来配 置闭环极点，以改善系统性能；而在状态空间的分析综合中，除了利用输出反馈以外，主 要利用状态反馈来配置极点，它能提供更多的校正信息，从而得到最优的控制规律，抑制 或消除扰动的影响。从状态空间角度看，单闭环控制系统性能不佳可以解释为单独的输出 反馈未能充分利用系统的状态信息，如果将输出反馈改为状态反馈，应该能够改善控制效 果。与多环反馈控制类似，状态反馈波形控制系统也需要两个或两个以上反馈变量，但是 并不用它来构成独立的闭环控制回路，而是在状态空间概念上通过合理选择反馈增益阵来 改变对象的动力学特性，以实现不同的控制效果。 状态反馈控制“一3 蚰的最大优点是可以大大改善系统的动态品质，因为它可以任意配 置闭环系统的极点，改变系统的阻尼比。不过，由于建立逆变器状态模型时很难将负载特 性完全考虑在内，所以状态反馈控制只能针对空载或假定阻性负载进行。如果不采取相应 措施( 例如增设负载电流前馈补偿等) ，则负载的变化将导致稳态偏差的出现和动态特性 的改变。 ( 5 ) 重复控制 重复控制n 1 1 2 钉是本课题的主要研究内容，它源于控制理论中的内模原理即把作用 于系统的外部信号的动力学模型植入控制器以构成高精度反馈控制系统的一种设计原理。 在逆变器的重复控制应用中，针对死区效应和非线性负载等因素引起的周期性扰动，利用 “重复信号发生器”内模，实现对基波正弦指令的跟踪。在重复信号发生器作用下，控制 器实际上进行着一种逐周期的积分控制，通过对波形误差的逐周期补偿，稳态时可以实现 无静差控制效果。但是由于其自身的局限性，动态性能难以有更大的提高。 5 西安理工大学硕士学位论文 ( 6 ) 模糊控制 模糊控制3 2 3 3 棚1 的最大特征是：它能将操作者或专家的控制经验和知识表示成语 言变量描述的控制规则，然后用这些规则去控制系统。 复杂的电力电子装置是一个多变量、非线性、时变的系统，系统的复杂性和模型的精 确性总是存在着矛盾。而模糊控制能够在准确和简明之间取得平衡，有效地对复杂事物做 出判断和处理。近年来，它在电力电子领域中的应用引起了人们的重视。 对于高性能的逆变电源的设计，模糊控制器有着以下优点：模糊控制器的设计过程 中不需要被控对象的精确数学模型，模糊控制器有着较强的鲁棒性和自适应性。查找模 糊控制表只需要占用处理器的很少的时间，因而可以采用较高采样率来补偿模糊规则和实 际经验的偏差。 模糊控制从模仿人的思维外特性入手，模仿人的模糊信息处理能力。理论上己经证明： 模糊控制可以任意精度逼近任何非线性函数，但受到当前技术水平的限制，模糊变量的分 档和模糊规则数都受到一定的限制，隶属函数的确定还没有统一的理论指导，带有一定的 人为因素，因此模糊控制的精度有待于进一步提高。 ( 7 ) 神经网络控制 神经网络控制“一们也属于智能控制范畴，是基于模仿生物大脑的结构和功能而构成 的一种信息处理系统，它是由简单的计算处理单元通过采用某种网络拓扑结构而构成的功 能强大的活性网络。 神经网络控制也不依赖于受控对象的模型，非常适合于具有不确定性和高度非线性的 控制对象，并且具有较强的自适应和学习能力，鲁棒性强。但是由于当前的智能化水平还 不够高，许多应用方面的要求还不能得到很好的满足，网络分析与综合的一些理论性问题， 还没得到很好的解决。目前，在神经网络结构的选取、学习方法等方面也已经有了一些成 果，但由于神经网络的实现技术没有突破，还没有成功地应用于逆变电源的控制之中。 从上述各种控制方案的分析可以看出，逆变电源的各种控制策略各有所长。因而，各 种控制策略相互取长补短、相互渗透、互济优势，构成复合控制器是一种趋势所在。且随 着信息技术及微电子技术的高速发展，对逆变电源的性能提出了更新、更高的要求，也就 使得高性能、智能化的控制技术应用于逆变电源的控制之中。随着研究的深入进行，也将 会有更多、更适合逆变电源控制的智能控制策略。因此随着硬件水平的提高，智能控制将 取代传统控制而成为逆变电源系统控制的主流。 6 绪论 1 4 本文主要研究内容 本文的工作是对基于d s p 的单相逆变电源数字化控制技术的研究。本文一共分血部 分，各部分内容如下： 第一章主要讲述了逆变电源的现状及发展趋势，并介绍了谐波的危害来源以及抑制方 法，最后介绍了逆变电源的主要几种数字控制策略，分析其优缺点，为后文控制策略的选 择打下了基础。 第二章主要首先介绍了逆变电源的构成，建立了单相逆变器的数学模型并给出了在 m a t l a b s i m u l i n k 环境下的仿真模型，然后简单介绍了正弦脉宽调制法原理，为本文提供 了研究背景资料和理论基础。 第三章在对重复控制技术理论分析的基础上，将重复控制器用于单相5 0 h z 逆变器的 波形控制，重点分析了重复控制的基本原理，重复控制器的设计思路。且基于被控对象对 重复控制器参数尤其是补偿器参数进行了详细的分析以及设计。 第四章，为改善重复控制的动态性能，提出了模糊自整定p i 与重复控制的复合控制 方案。将重复控制器与模糊自整定p i 控制器并联在前向通道中共同对被控对象进行控制， 两种控制器取长补短，优势互补，提高了系统性能。并介绍了模糊控制器的原理以及设计 方法并将其用于模糊自整定p i 控制，并进行了大量的仿真，仿真结果证明复合控制器是 逆变电源系统获得了良好的稳态和动态性能。 第五章对基于t m s 3 2 0 f 2 8 1 2 d s p 的逆变电源系统软硬件设计。在t m s 3 2 0 f 2 8 1 2 d s p 的基 础上对一些硬件电路进行了设计，给出了相关原理图的介绍，画出了系统软件流程图。其 中本设计对逆变电源系统的驱动电路、辅助电源电路、采样调理电路等硬件电路进行了调 试。 在文章的最后对全文的工作进行了总结，并就下一步的工作进行了展望。 7 西安理工大学硕士学位论文 2 逆变器数学模型及其分析 2 1 逆变器数学模型 逆变器主电路最常用的结构有全桥电路和半桥电路两种，半桥电路所用的功率开关管 少，驱动简单，成本低，桥臂电压的输出频率和开关频率相同，适合于小容量的场合。而 全桥电路由于存在零电压的续流状态，可以获得更好的谐波控制。当全桥电路中开关管承 受的电压与半桥一样时，流过开关管的电流，在相同的输出功率时，全桥是半桥的一半。 尽管全桥所用的功率管数量较多，但可以很容易进行多种组合，因此，全桥电路在各种场 合尤其功率输出较高时得到十分广泛的应用。本设计逆变器主电路选用全桥拓扑如图2 1 所示，经过l c 低通滤波器，滤去高频成分，在滤波电容两端获得光滑的正弦波。控制技 术采用正弦脉宽调制( s p 嘲) 法1 “”1 0 er 在图2 1 中，为输出滤波器的滤波电感，r ：为其等效串联电阻，c 为输出滤波器 的滤波电容，r c 为其等效串联电阻，e 为母线电压，u ，为滤波电路输入电压，u 。为滤波 电路输出电压。 假设负载为电阻r 时，输出电压u 。( s ) 和输入电压u ，( s ) 之间的传递函数p ( s ) 为： 邢卜丽u o ( s ) ；熹罄 ： 墨墨鱼墨 ( 2 1 )= 。“。一 j ， l c ( r + r c ) s2 + 【三+ ( r + r c ) r c + r 工r c c s + r + r 工 在通常情况下，r c 为毫欧级，吼为欧姆级，故在建模时尺c 可以忽略，则上式变为： 尸0 ) 一_ 二一 ( 2 2 ) 、7 l c r s 2 + ( z + r l r o s + r + 凡 8 逆变电源数学模型及其分析 2 2 单相逆变器s i m u li n k 仿真模型 m a t l a b 语言是一种广泛应用于工程计算及数值分析领域的新型高级语言和优秀的通 用仿真软件。m a t l a b 中s i m u li n k 动态仿真集成环境是以m a t l a b 为基础的用于动态系统 建模和仿真的软件包，它由m a t h w o k s 公司开发。s i m u l i n k 的一个突出优点是用户可以在 屏幕上调用现成的图形模块，并把它们适当的连接起来构成系统的模型( 即所谓的可视化 建模) ，然后对它进行仿真。对电力电子领域还有专门的s i m p o w e r s y s t e m s 工