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分类号UDC基于英飞凌单片机逆变电源控制系统的研究密学级号硕士学位论文基于英飞凌单片机逆变电源控制系统的研究刘彬刘彬西安理工大学学科门类：学科名称：指导教师：申请日期：工学检测技术与自动化装置李敏远教授2014年 1月 摘要I Abstractii 目录目录1绪论.111逆变电源基本概念.112逆变电源的发展概况.113课题意义及主要研究内容.31.3.1课题意义.31.3.2本文主要的研究内容.32.逆变电源控制系统研究.52.1逆变电路原理.52.2逆变电源系统模型.62.2.1逆变电源系统动态模型.62.3逆变电源控制方法研究.82.3.1逆变电源控制方法概述.82.3.2本文采用的控制方法的理论分析.112.3.3多环反馈控制的仿真模型建立.133逆变电源主电路研究.173.1主电路分析.173.2主电路设计.173.2.1功率管的选取.173.2.2驱动电路设计.173.2.2吸收电路设计.193.2.4滤波器部分.203.2.5电压检测电路设计.213.2.6电流检测电路设计.214逆变电源控制系统设计与实现.234.1逆变电源控制的整体结构和工作原理.234.2控制部分设计.234.2.1主控芯片介绍.244.2.2控制算法的分析与确定.254.2.3控制器参数的确定.274.2.4采样频率的确定.294.3SPWM波的生成原理分析.304.3.1SPWM波的生成原理.304.4三角波及基准正弦信号生成.31iii 西安理工大学硕士学位论文4.5数据计算与处理.334.5.1电压有效值的计算.334.5.2控制算法的数字实现.334.6数字滤波.354.7程序流程图.355实验样机的制作与实验结果分析.375.1样机技术指标.375.2反馈环的控制参数整定分析.375.3实验过程.385.3.1逆变电源控制系统实验过程.385.3.2实验结果及分析.395.4系统调试问题.445.5模拟逆变电源实验样机.456总结与展望.476.1总结.476.2对今后工作的展望.47致谢.48参考文献.49iv 绪论1绪论逆变具有将直流电变为交流电的功能，它是电能变换中的一种基本形式。现代逆变技术是综合了现代电力电子技术、PWM技术、现代控制技术、模电和数电技术等多种实用技术的注重研究现代逆变电路理论和实际应用的学科。现代逆变电路的应用非常广泛，干电池、3蓄电池、太阳能电池等都是直流电源，在实际的工程应用中，经常会用到不同于电网电压的交流电，所以必须经过逆变以后才能向交流负载供电，就需要进行逆变，近年来，逆变电源广泛应用于电力、铁路交通、航空、航海、邮电通信等多个领域。11逆变电源基本概念图1-1所示为典型的交流输入、输出隔离型逆变电源主电路的基本构成。图中逆变电源是将输入的工频交流电经过整流电路变成为直流电，逆变电路再将整流后的直流电逆变成为交流信号的SPWM波，其输出频率即为基波频率，输出变压器再将交流SPWM信号波进行隔离，最后LC滤波器将交流SPWM信号波滤成为正弦波。它的能量转换和传递的过程表示为AC-DC-AC。输入为直流电、输出为交流电的逆变电源系统的结构图与图1-1相近，但是没有输入端的整流器，能量转换和传递的过程为DC-AC。在逆变电源系统中，逆变电源的核心部分包括逆变器和它的控制电路【4】。逆变电源输出的是交流电，根据输出电压的相数进可以分为单相和三相逆变电源，其中的三相逆变电源根据输出有无中线，有三相四线制和三相三线制逆变电源之分。根据逆变电源的额定输出功率可以分为小容量、中等容量及大容量逆变电源。图1-1逆变电源主电路的典型结构Figure 1-1 The typical structure of inverter power supply main circuit12逆变电源的发展概况【1】电力电子器件的飞速发展促进了逆变电源的发展，20世纪60年代由于电力电子技术飞速发展，逆变电源也相应出现。到目前为止，它已经经历了三个发展阶段。第一代逆变电源是开关器件为晶闸管的可控硅逆变电源，之前的旋转型变流机组被取代，但是晶闸管自身不具备关断能力，要关断晶闸管就必须增加换流电路，但是换流电路的增加使得体积增大，降低了效率，增大了噪声，逆变电源的发展受到了限制。1 西安理工大学硕士学位论文第二代逆变电源的开关器件采用的是自关断器件，自20世纪70年代后期，各种自关断器件相应而生，包括绝缘栅双极性晶体管（IGBT）、电力晶体管（GTR）、可关断晶闸管（GTO）、功率场效应管（MOSFET）等。逆变器使用了自关断器件使得逆变电源的性能得到了很大程度上的提高，自关断器件被用在逆变器中有以下几方面的优势：（1）主电路得到简化。主电路得以简化是因为自关断器件的采用在逆变电源中不需要换流电路，可靠性得以提高、成本得到了降低；（2）性能得到了提高。开关频率因为自关断器件的采用得到了很大提高，大大降低了输出电压中的低次谐波含量，因而减小了滤波电路中滤波器的体积，改善了逆变电源的动态性能，提高了对非线性负载的适应性。IGBT具有较小的驱动功率、较高的开关频率、较小的通态压降及较高的模块电压电流等级等优点，目前在中小功率逆变器中已经将自关断器件IGBT作为首选器件。第二代逆变电源普遍采用单环反馈控制的SPWM控制技术来进行控制。图1-2为单电压有效值环控制方法示意图，输出电压平均值或有效值反馈控制的单环控制可以使逆变电源输出电压的幅值稳态无差。图1-2单电压有效值反馈控制示意图Figure 1-2 Schematic diagram of the single voltage RMS feedback control第二代逆变电源所采用单环控制的优点是结构简单，容易实现，但由于它采用的单环控制技术并未将负载产生的影响和信号变化过程中开关点的变化考虑进去，只注重设计恰当的开关模式来对逆变器输出频谱进行优化。所以它有以下几方面的不足之处：（1）负载对输出电压与给定电压之间的相位差影响较大，尤其在三相电源中，三相输出之间的相位差不易满足 120要求。（2）动态特性不好。负载突变时，输出电压发生改变并且需要较长的调节时o间。这是因为系统中只对电压平均值或有效值进行控制，而没有对瞬时值进行控制；（3）为了防止上下管直通引入了死区时间，死区时间的引入使SPWM波中出现低次谐波，低次谐波不容易滤掉，所以使得输出电压波形产生畸变；（4）当负载为非线性负载时，波形畸变较严重，当逆变电源的负载为非线性负载时，引起输出电压波形畸变的原因是负载电流中含有低次谐波电流；第三代逆变电的性能由于实时反馈控制技术的采用得到了提高。由于第二代逆变电源具有动态特性不好和对非线性负载适应性不好的缺点，所以提出了实时反馈控制技术，在近十年来，实时反馈控制技术得到了不断的发展和完善，逆变电源的性能由于实时反馈控制的引入有了质的飞跃，实时反馈控制技术有很多种，主要包括：无差拍控制、重复控制、带电流内环的电压瞬时值控制、滑膜变结构控制、神经网络控制、模糊控制、带电压瞬时值反馈的三环控制等类型。2 绪论电源系统已经成为现代电子设备的重要组成部分。1969年诞生的逆变电源可靠性高、调节特性优良、稳定性好、而且体积小、功耗低，重量轻、在电子和电气领域得到了极其广泛的应用。近年来，各行业对电气设备的性能要求越来越高，电力电子技术也得到了迅猛的发展，逆变技术也成为许多领域不可或缺的组成部分，所以对电源的性能也有了更高的要求。许多行业的用电设备都是将工频的交流电进行变换得到需要的特定的电能形式，而不是直接使用电网输出的工频交流电。逆变电源技术在电源控制系统及各种电力电子应用中均处于核心地位。近年来，现代逆变电源的发展主要有以下几种趋势:1.高频化。2.模块化。3.数字化。4.绿色化。由于现代控制技术的引入和电路拓扑理论的创新、电力电子器件的高性能化和电子电源的模块化、集成化、智能化的发展、拓扑电路理论的创新使得现代电源的设计及分析工具有了进一步完善。今后电源技术将会实现高可靠性、高效率和高功率因数，并朝着低环境污染、小型化、低电磁干扰、低谐波污染和轻量化的方向发展。从而为今后电源产品的绿色化和设备的发展提供强有力的技术保证，这也将是现代电源发展的必然结果。13课题意义及主要研究内容1.3.1课题意义旋转型变流机组是早期人们为了产生交流电所采用的方法，它的组成包括同轴联接的原动机和发电机，其中原动机可以采用电动机，也可以采用油机，由发电机发出所需要的交流电。但是旋转型变流机组存在以下缺点：（1）设备体积庞大，（2）有很大的电能损耗，（3）操作不灵活，（4）噪声大，（5）输出电压动态特性差等等，基于上面的分析，逆变电源产生交流电的方法代替了旋转交流机组产生交流电的方法，逆变电源产生交流电有很多优势：（1）变相，逆变电源可以实现将单相交流电变换为三相交流电；（2）变频，逆变电源可将电网输出的工频转换成实际需要频率的交流电；（3）逆变电源可以提高输出电压的质量。逆变器4及其控制部分是逆变电源技术的核心部分，虽然主电路由于自关断器件的产生得到了简化，但其功率仍受到限制，开关频率也受到了限制，所以影响了逆变电源输出波形的正弦度。虽然目前已经有很多趋于成熟的控制方法，但一些控制方法应用在实际中比较难于实现。所以，对逆变电源系统的深入研究具有重大的现实意义。1.3.2本文主要的研究内容（1）对所设计的逆变系统进行建模和仿真。（2）在逆变电源系统所采用的控制技术的研究方面，本文首先将对逆变电源工作原理进行深入分析、并对逆变电源动态模型进行建立。对已有的逆变电源系统控制方法进行分析和比3 西安理工大学硕士学位论文较，结合本文的设计目标确定本文所要采用的逆变电源系统的控制方案。（3）研究逆变电源的主电路。其中包括逆变电路、滤波电路、吸收电路、保护电路、电压采样电路、电流采样电路等。制作一台200VA的多环数字控制系统实验样机，在上面做带非线性负载实验和切换负载实验。（4）利用英飞凌单片机XE164FM对逆变电源SPWM波生成部分、死区部分、三环控制部分（包括输出电流瞬时值控制，输出电压瞬时值控制和输出电压有效值控制）实现全数字化，并进行带载实验。4 逆变电源控制系统研究2.逆变电源控制系统研究2.1逆变电路原理逆变就是将直流电变为交流电。逆变电路有电压型逆变电路和电流型逆变电路之分，电流型逆变电路的直流侧采用电流源；电压型逆变电路的直流侧是电压源。本文所要研究的输出电压信号为恒压恒频的交流信号。所以本文采用的是电压型逆变电路。逆变电路根据输出相数有单相和三相逆变电路之分。逆变电路中以公共电网为负载的电路称为有源逆变电路，直接向用电负载供电的电路称为无源逆变电路。本文所要研究的逆变电源是用在汽车上的逆变电源，为单相逆变电源。根据控制方式有方波逆变电路和PWM逆变电路。根据电路结构可以分为桥式逆变电路和非桥式逆变电路，桥式逆变电路又可分为半桥电路和全桥电路。半桥逆变电路的优点是简单，使用器件少，它的缺点是输出交流电压的幅值仅为输入电压的一半，且直流侧需要两个电容器串联，工作时还要控制两个电容器电压的均衡，全桥逆变电路输出电压是输入电压的二倍，故本文采用全桥逆变电路以下为全桥逆变电路的工作原理：【4】。图2-1全桥逆变电路图Figure 2-1 Full bridge inverter circuit diagram图2-2全桥逆变电路输出波形Figure 2-2 Full bridge inverter circuit output waveform电路原理图如图2-1，它共有四个桥臂，可以看成由两个半桥电路组成。把桥臂1和4作为一对，桥臂2和3作为另一对，成对的两个桥臂同时导通，两对交替各导通180度。在V1和V4导通时，V2和V3关断，V2和V3导通时，V1和V4关断，负载为阻感负载时，输出波5 西安理工大学硕士学位论文形为图2-2所示，图中，VD1，V1，VD2，V2分别对应对应图2-2中的VD1和VD4，V1和V4，VD2和VD3，V2和V3相继导通的区间。全桥逆变电路的幅值为Ud的矩形波U0展开成傅里叶级数为：U 0 = 4U d sin wt + 1 sin 3wt + 1 sin 5wt +.(2-1)p 35其中，基波的幅值UU01m和基波的有效值 01分别为：4Ud=1.27UdpU01m=U01 = 2 2Ud = 0.9Ud(2-2)p由逆变电路的工作原理分析可知，开关管的开通和关断时间控制成为了本文的研究重点。2.2逆变电源系统模型2.2.1逆变电源系统动态模型单相全桥逆变电路图为：图2-3逆变电源系统结构图Figure 2-3 Inverter power supply system structure固定负载模型：为简化模型假定负载为阻性负载，忽略电容的寄生电阻，可以求得输出电压 U0(S) 和a、b两点电压Ui(S)之间的传函为：U0(S) = (1/CS)/ R1/(1/ RL +CS)U (S) LS +(1/CS)/ R r + LS +1/(1/ RL +CS)G(S)=i1=（2-3）LCS +(L/ R +CS)+(1+ r / R)26 逆变电源控制系统研究EdPWM逆变器可以看做比例环节， KPWM=ut我们可以求得固定负载时，逆变电源传函为：1G(S) = KPWM（2-4）LCS +(L/ R +CS)+(1+ r / R)2Ed为直流侧电压，ut为三角波幅值；r为滤波电感等效串联电感。我们可以得到单相全桥逆变电源动态系统模型：图2-4逆变电源主电路动态模型Figure 2-4 Inverter power supply main circuit dynamic model1空载时，即 RL = ，G(S)= KPWM （2-5）LCS 2 + rCS +1在实际逆变电源中，负载不是唯一的，总在一个额定范围内变动，为了保持在不同负载模型下的统一性，可以将负载电流处理为扰动量。逆变电源输出滤波器参数模型：图 2-5逆变电源滤波器参数模型Figure 2-5 Inverter power supply filter parameter model1当i0 = 0时，U0 =Ui（2-6）（2-7）LCS 2 + rCS +1LS + r当Ui = 0时，U0 = -i0LCS 2 + rCS +1单相全桥逆变电源动态系统模型：固定负载模型时：7 西安理工大学硕士学位论文1+( L + rC)S +1+G(S)= KPWM（2-8）rLCS2RLRL空载时：1G(S)= KPWM（2-9）LCS + rCS +12将负载处理为扰动量时输出为：1LS + rLCS 2 + rCS +1U0(S)= KPWM Ui(S)+(-)i0(s)（2-10）LCS 2 + rCS +12.3逆变电源控制方法研究第三代逆变电源采用了实时反馈控制技术，它是近十年来发展起来的新型电源控制技术，目前仍在不断地完善和发展之中，实时反馈控制技术的使用使逆变电源的性能有了质的飞跃，实时反馈控制技术多种多样，主要有以下几种：重复控制、无差拍控制、带电流内环的电压瞬时值控制、滑膜变结构控制、神经网络控制、模糊控制、带电压电流瞬时值反馈的双环控制等类型。2.3.1逆变电源控制方法概述2.3.1.1重复控制【5】20世纪 20年代，重复控制被提出，其目的是设计一个控制器，使系统在跟踪任意周期性参考信号的特点和内部模型控制原理，在闭环系统中引入周期信号发生器，对周期参考信号进行稳态跟踪。它可以克服输出电压波形周期性畸变。图2-6重复控制模型Figure 2-6 Repetitive control model在逆变电源中采用重复控制技术可以很好的拟制输出电压的谐波失真，即使在带非线性负载时，也可以得到质量较好的输出波形。重复控制具有非常好的鲁棒性和良好的稳态输出特性。目前重复控制器常被用作与其他控制器相结合，例如无差拍技术，状态反馈等，它不完全适用于电源系统。2.3.1.2无差拍控制【17】8 逆变电源控制系统研究无差拍控制是一种基于被控对象精确数学模型的控制算法，最早是由卡尔曼提出。1985年，Gokhale在 PESC年会上将无差拍控制应用于逆变器的提出，使得逆变器的无差拍控制引起人们的重视。目前，在研究整流器的无差拍控制的方面还比较少。无差拍控制是通过采样各状态变量值并将当前控制周期内的开关状态计算出来，在本控制周期内使得受控量与参考值相等。相比于其他控制方法，无差拍控制具有非常快的暂态响应，但无差拍控制自身也有明显的局限性：（1）瞬间超调量较大；（2）对系统参数较敏感。当负载变化、温度变化、带非线性负载或者运行条件变化等原因出现参数波动，都会引起系统的不稳定；（3）计算和采样延时使输出的脉宽最大占空比受到限制。由于无差拍控制要求脉宽必须实时计算实时输出，如果控制周期和延迟时间相当，就会使无差拍控制无法实现。2.3.1.3模糊控制【10】模糊控制系统的理论基础是模糊语言、模糊数学和模糊逻辑规则。智能型模糊控制器是它的核心组成部分。模糊控制系统的基本结构一般由执行机构、传感器、模糊控制器、被控对象和输入输出接口装置五部分组成。模糊控制是基于规则的控制方式，模糊控制器相比于其他控制器有着以下几方面的优点：（1）控制器在设计过程中不依赖被控对象的精确数学模型；（2）具有较强的鲁棒性（3）具有较强的自适应性。但它也存在以下几方面的局限性：（1）模糊控制系统的控制稳态精度较差；(2)模糊规则容易受人的主观影响，控制器只能应用于不超过专家经验范围的工况下，而且不适应过程持续变化。2.3.1.4神经网络控制【12】近几年，神经网络控制作为一种新的控制方式被采用到逆变电源系统中，它是通过对人的大脑的模仿对线性或者非线性系统进行控制。神经网络学习是将实验和仿真得到的数据应用于实例中，基于所得到的实例，选择一种学习算法，再通过离线学习和计算来获得系统最佳的控制规律，将最佳的控制规律应用到实际系统中进行实时控制。因为神经网络控制的学习实例包含了各种状况，并且它的控制规律不依赖系统的模型，所以，神经网络控制系统鲁棒性很强，目前，神经网络控制技术的实现没有突破，所以还不能应用于逆变器的控制中。2.3.1.5单一的电压瞬时值控制【7】单电压瞬时值反馈控制方法示意图如图2-7所示。相比于开环控制系统，单电压瞬时值环控制使系统性能得以提高，在系统带非线性负载时，因为没有对输出电流进行控制，所以带非线性负载时输出波形比较差，在系统空载时，受控对象(LC滤波器)具有接近无阻尼的二阶传递函数，所以在空载状态下系统的稳定性也不理想，所以单电压瞬时值环的控制性能不是很理想。9 西安理工大学硕士学位论文图2-7单一的电压瞬时值反馈模型Figure 2-7 A single voltage instantaneous value feedback model2.3.1.6滤波电感电流内环的电压瞬时值外环控制【13】带电感电流内环的电压瞬时值反馈双环控制模型如图2-8，相比于单电压瞬时值环控制，双环控制系统的稳定性有了一定的提高，输出动态特性变好。并且对死区时间，寄生电感等非线性因素的影响有了很大程度改善，但是它也有以下局限性：（1）对输出电压长时间抵御非线性负载的能力较差，输出滤波电感电流内环不能及时对非线性负载的电流起到及时的调节的作用；（2）在硬件电路设计中需要一个检测大电流的传感器，使得电路的体积和成本都增加了。图2-8电感电流内环电压瞬时值反馈模型Figure 2-8 The inductance current inner loop voltage instantaneous value feedback model2.3.1.7滤波电容电流内环的电压瞬时值外环控制【13】滤波电容电流内环的电压瞬时值外环控制和电感电流内环的电压瞬时值反馈控制的区别在于：电感电流内环检测反馈的是电感电流，电容电流内环检测反馈的是电容电流。电容两端的电压相对稳定，不随负载的改变而出现较大的变化，所以电容电流相对电感电流来说随负载的波动较少。另一方面电容电流比电感电流小，在硬件检测电路中只需一个检测小电流的霍尔传感器。其反馈模型如图2-9。10 逆变电源控制系统研究图2-9电容电流内环的电压瞬时值反馈模型Figure 2-9 Voltage instantaneous value feedback model of capacitive current inner ring2.3.2本文采用的控制方法的理论分析2.3.2.1多环控制系统特性分析【4】(1)带非线性负载时输出电压波形正弦度分析整流性负载等非线性负载是逆变电源所带的最恶劣的负载，当系统带非线性负载后将逆变电源输出的纯正弦波形畸变成为了类正弦，输出电压瞬时值和电容电流瞬时值的双环控制使得逆变电源在带非线性负载时的输出波形正弦度得到很大程度的改善，下面我们分析一下，逆变电源带非线性负载引起的谐波大小。在图2-9中，在逆变电源双环控制的动态模型中，令U=0，Du=0，w0为基波角频率，*用In表示由非线性负载引起的第n次谐波电流的幅值，我们可以计算得到开环时此谐波电流产生的存在于输出电压中第n次谐波电压幅值为：n w 0L（2-11）U=.I n2n(1 - n 2 w0 2 LC )加双环控制后，此谐波电流产生的存在于输出电压中第n次谐波电压幅值为：nw0LUn =.In（2-12）2 + w(1-n2w02LC+ AKuKiK2) (n 0CK1AKi)2Un值的大小是系统对非线性负载适应性强弱的反映，若 In一定，U n越大，系统带非线性负载的输出波形质量越差。比较（2-11）式和（2-12）式可知U n U n,故双环控制使得系统对非线性负载的适应性有了改善，即输出电压波形的正弦度得到改善。(2)死区时间引起的输出波形畸变分析死区时间的引入会在LC滤波器的输入端产生低次谐波电压 Du，并且低次谐波不易滤除，设DU0表示Du中第n次谐波电压的幅值，在图2-9逆变电源双环控制的动态模型中，令U*=0，i0=0，则根据图2-10可得开环时死区时间的引入在输出电压中产生的第n次谐波电压幅值为：11 西安理工大学硕士学位论文1（2-13）（2-14）D U 0=.D u2(1 - n 2w0 2 LC )加双环控制后，死区时间的引入在输出电压中产生的第n次谐波电压幅值：1DU0 =.Du+(nw0CK1AKi)2 2(1-n2w02LC+AKuKiK2)DU值的大小是系统对死区时间等非理想因素的抑制能力的反映，若Du一定，DU越大，00系统对非理想因素的抑制能力越差。比较（2-13）和（2-14）可知DU DU0,故双环控制使得死区时间等非理想因素引起的波形畸变得到了明显的改善。2.3.2.2本文采用的的控制方法由于电流环的引入，使得滤波电容电流成为可控的电流源，解决了单电压瞬时值环控制在空载情况下容易震荡的问题，提高了系统的稳定性。系统稳定性的提高可以使电压调节器增益取比较大的值，可以大大提高系统突加或者突减负载时的输出电压动态性能，抗干扰能力也得到了提高，系统对非线性负载的适应性也得到了提高。但是，双环控制会出现带较大功率负载输出电压掉压严重的问题。所以，为了解决逆变电源在带大功率负载时掉压严重的问题，采用在双环控制的基础上增加一个电压有效值反馈环的三环控制策略。本文的控制系统采用了电压有效值控制外环、电压瞬时值内环和电容电流瞬时值最内环的三环控制策略。用U表示电压有效值外环的给定直流电压信号， K3为输出电压有效值最*外环的反馈系数。用给定的直流电压信号与反馈环得到的电压反馈信号的差值作为电压有效值调节器的输入，调节器的输出用来对标准正弦波的幅值进行调节。u是标准正弦波经过调*节后的输出波形，也作为电压瞬时值的给定信号， K2为电压瞬时值内环的反馈系数。 Ku为电压瞬时值调节器，电压瞬时值调节器的输出也是电容电流内环的给定信号。K1为电流瞬时值最内环的反馈系数，所以逆变电源系统三环控制的动态模型可表示为图2-10所示。图2-10逆变电源系统动态模型Figure 2-10 Inverter power supply system dynamic model该方法通过电压有效值反馈来控制电压环的给定正弦信号的幅值。传统方法控制稳压输出的方法是调节占空比D，而该方法是在调节D的同时对给定信号也进行了调节。在双环控制系统中，电流环增益的增加可以使系统的负载调整率增强，使得系统的外特性得到改善，所带负载从空载到满载变化时输出电压降落比较小。这种特性表现在三环控制系统中为：电12 逆变电源控制系统研究压瞬时值和电流瞬时值反馈的引入使得输出电压对负载变化以及给定电压波动具有很强的抑制能力。但是当双环控制的增益增大时系统的稳定性下降，所以，双环控制不能实现突加负载时输出电压无差，电压有效值最外环的引入可以实现突加负载时输出电压的无差，但是需要一定的调节时间，电压有效值调节器中的积分系数、电压电流瞬时值环的增益共同决定了调节时间的长短。2.3.3多环反馈控制的仿真模型建立本文采用了Matlab/Simlink搭建了逆变器仿真实验模型，对主电路多环控制方法的控制的效果进行了比较。系统的仿真模型如图2-11:图 2-11逆变电源主电路多环控制仿真电路Figure 2-11 The main circuit of multi-loop control of inverter power supply circuit simulationa.系统带非线性负载仿真结果13 西安理工大学硕士学位论文图2-12开环控制系统仿真结果Figure 2-12 The simulation results of the open loop control system图2-12为开环控制逆变电源输出电压仿真结果，当逆变系统满载时，其输出波形如前半部分所示，为220V/50Hz的正弦波，若在0.3秒时刻，手动把系统的负载变为空载，则输出波形有明显的畸变并且不能调节到原来的状态，证明了开环系统的输出电压波形随负载的改变而改变。可以看出开环系统的稳定性较差。图2-13单电压瞬时值环控制带非线性负载仿真结果Figure 2-13 The simulation results of a single instantaneous value of the voltage control loop with nonlinearloads图2-13为单电压瞬时值环控制带非线性负载的输出电压波形仿真结果，由图我们看出，单电压瞬时值环控制在带非线性负载时，输出波形畸变比较严重。b.系统带阻性负载仿真结果14 逆变电源控制系统研究图2-14双环控制突加小功率负载时系统仿真结果Figure 2-14 Double-loop control sudden small power load simulation results图2-14为电容电流瞬时值内环和输出电压瞬时值外环的双闭环逆变电源控制突加小功率负载时系统的输出电压波形仿真结果。当时间等于0.3秒的时候，手动把逆变控制系统的负载从空载状态变到小功率负载载状态，可以看到输出波形有一小段调节时间，在这一小段时间里，波形出现了短暂的畸变，很快由于有反馈环的调节，输出电压波形迅速恢复到额定值，在带小功率负载且对控制效果要求不高的情况下，双环控制就能够满足要求。图2-15双环控制突加大功率负载系统仿真结果Figure 2-15 Double Loop control sudden increase power load simulation results图2-15为电容电流瞬时值内环，输出电压瞬时值外环的双环控制突加大功率负载时的输出电压波形，在0.3秒时手动将负载由空载变为大功率负载时的输出电压波形，可以看到输出电压波形掉压比较严重，且经过长时间也不能恢复到原来的值。15 西安理工大学硕士学位论文图2-16三环逆变控制突加大功率负载输出电压的仿真结果Figure 2-16 Three-ring Loop control sudden increase simulation power load output voltage三环控制图加大功率负载时输出电压的仿真效果图如图2-16所示。其输出电压波形是220V/50Hz的正弦波。当时间等于0.3秒时，系统所加负载从空载突然切换到额定负载载状态，可以看出，其电压输出