基于重复控制的单相逆变器控制方法研究

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随着电力电子技术快速发展,电力电子器件的使用,使电网的电能掺杂大量的谐波,影响电能的质量,同时对电能要求较高的领域,需要通过使用UPS(不间断电源)为其提供洁净、高质量的电能。而逆变器作为UPS的核心部件,故对逆变器输出波形性能的控制也成为了热点。经研究发现,单一的重复控制方法很难满足逆变器输出波形同时具有较好的稳定性能和动态性能。针对此现象,故提出一种基于重复控制的复合控制方案。
  首先,本文通过对逆变器建立起连续状态空间模型和离散状态空间模型,推导出其传递函数,也分析了对逆变器输出波形造成畸变的原因,如死区效应和非线性负载效应。同时对逆变器的重复控制方法进行了研究,阐述了重复控制的内膜原理,并对重复控制进行改进,分析该控制方案的稳定性、稳态误差以及误差收敛速度,结合被控对象的参数,设计出该控制器的相位补偿器、滤波器和调节增益,并在Matlab/Simulink平台下进行仿真,可得出改进后重复控制方案具有较高的稳态性能,但动态性能很差,尤其在突加负载时,其恢复到稳态时间较长,且在其恢复期间,输出波形严重发生畸变,达不到设计指标。为了能使系统能输出稳态精度高且动态性能好的波形,在重复控制的基础上结合动态性能较好的控制方案对逆变器进行控制。
  然后,由于PI控制具有较好的动态性能,故提出重复控制与PI控制结合的复合控制方案,通过仿真分析可得,相对于重复控制,其动态性能有明显的改善,其稳态性能也有所提高。但PI控制的参数不能进行自整定,又提出重复控制与模糊自整定PI控制结合的复合控制方案,通过仿真结果可得,相对于重复控制与PI结合的复合控制方案,其动态性能和稳态性能更好。
  最后,在1KVA高频机UPS平台下对本文所提出的控制方法进行验证,实验结果表明:本文所提出的两种复合控制方案都能完成设计指标,故上述两种复合控制方案都具有可行性、有效性,且重复控制与模糊自整定PI控制结合的复合控制方案效果更佳。
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