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逆變電源的幾種控制算法

發(fā)布時間： 2016-06-28 10:24:42 關注量：1843

逆變電源廣泛運用于各類：電力、通訊、工業(yè)設備、衛(wèi)星通信設備、軍用車載、醫(yī)療救護車、警車、船舶、太陽能及風能發(fā)電領域。在電路中將直流電轉換為交流電的過程稱之為逆變，這種轉換通常通過逆變電源來實現(xiàn)。這就涉及到在逆變過程中的控制算法問題。

只有掌握了逆變電源的控制算法，才能真正意義上的掌握逆變電源的原理和運行方式，從而方便設計。在本篇文章當中，將對逆變電源的控制算法進行總結，幫助大家進一步掌握逆變電源的相關知識。

逆變電源的算法主要有以下幾種。

數(shù)字PID控制

PID控制是一種具有幾十年應用經(jīng)驗的控制算法，控制算法簡單，參數(shù)易于整定，設計過程中不過分依賴系統(tǒng)參數(shù)，魯棒性好，可靠性高，是目前應用比較廣泛、成熟的一種控制技術。它在模擬控制正弦波逆變電源系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛的應用。將其數(shù)字化以后，它克服了模擬PID控制器的許多不足和缺點，可以方便調整PID參數(shù)，具有很大的靈活性和適應性。與其它控制方法相比，數(shù)字PID具有以下優(yōu)點：

PID算法蘊涵了動態(tài)控制過程中過去、現(xiàn)在和將來的主要信息，控制過程快速、準確、平穩(wěn)，具有良好的控制效果。

PID控制在設計過程中不過分依賴系統(tǒng)參數(shù)，系統(tǒng)參數(shù)的變化對控制效果影響很小，控制的適應性好，具有較強的魯棒性。

PID算法簡單明了，便于單片機或DSP實現(xiàn)。

采用數(shù)字PID控制算法的局限性有兩個方面。一方面是系統(tǒng)的采樣量化誤差降低了算法的控制精度；另一方面，采樣和計算延時使得被控系統(tǒng)成為一個具有純時間滯后的系統(tǒng)，造成PID控制器穩(wěn)定域減少，增加了設計難度。

狀態(tài)反饋控制

狀態(tài)反饋控制可以任意配置閉環(huán)控制系統(tǒng)的極點，實現(xiàn)了逆變電源控制系統(tǒng)極點的優(yōu)化配置，有利于改善系統(tǒng)輸出的動態(tài)品質，具有良好的瞬態(tài)響應和較低的諧波畸變率。但在建立逆變器的狀態(tài)模型時將負載的動態(tài)特性考慮在內，因此狀態(tài)反饋控制只能針對空載和已知的負載進行建模。由于狀態(tài)反饋控制對系統(tǒng)模型參數(shù)的依賴性很強，使得系統(tǒng)的參數(shù)在發(fā)生變化時易導致穩(wěn)態(tài)誤差的出現(xiàn)和以及動態(tài)特性的改變。例如對于非線性的整流負載，其控制效果就不是很理想。

重復控制

重復控制是近幾年發(fā)展起來的一種新型逆變電源控制方案，它可以克服整流型非線性負載引起的輸出波形周期性的畸變。重復控制的思想是假定前一周期出現(xiàn)的基波波形畸變將在下一個周期的同一時間重復出現(xiàn)，控制器根據(jù)給定信號和反饋信號的誤差來確定所需的校正信號，然后在下一個基波周期的同一時間將此信號疊加到原控制信號上，以消除后面各個周期將出現(xiàn)的重復性畸變。該控制方法具有良好的穩(wěn)態(tài)輸出特性和非常好的魯棒性，但該方法在控制上具有一個周期的延遲，因而系統(tǒng)的動態(tài)響應較差。自適應重復控制方案，已經(jīng)成功地應用于逆變器的控制中。

滑模變結構控制

滑模變結構控制利用不連續(xù)的開關控制方法來強迫系統(tǒng)的狀態(tài)變量沿著相平面中某一滑動模態(tài)軌跡運動。該控制方法的優(yōu)點是對參數(shù)變化和外部干擾的不敏感性，即強魯棒性，加上其開關特性，特別適用于電力電子系統(tǒng)的閉環(huán)控制。但滑模變結構控制存在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)效果不佳、理想滑模切換面難于選取、控制效果受采樣率的影響等弱點。如今，逆變電源的滑模變結構控制的研究方興未艾，特別滑模變控制和其它智能控制策略相結合所構成的符合控制策略的研究倍受關注。

無差拍控制

無差拍控制是一種基于微機實現(xiàn)的PWM方案，它根據(jù)逆變電源系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出反饋信號來計算逆變器的下一個采樣周期的脈沖寬度，80年代末引如到正弦波逆變電源控制系統(tǒng)中。對于線性系統(tǒng)來說，該控制方法具有很好的穩(wěn)態(tài)特性和快速的動態(tài)響應。其缺點也十分明顯：它對系統(tǒng)參數(shù)的變化反應靈敏，即魯棒性較差。一旦系統(tǒng)參數(shù)出現(xiàn)較大波動或系統(tǒng)模型建立不準確時，系統(tǒng)將出現(xiàn)很強的震蕩。為此，在無差拍控制之中引入智能控制是當今的研究熱點之一。

智能控制

智能控制技術主要包括模糊控制，對于高性能的逆變電源系統(tǒng)，模糊控制器有著以下優(yōu)點：

具有較強的魯棒性和自適應性，模糊控制器的設計不需要被控對象的精確數(shù)學模型。

查找模糊控制表占用處理器的時間很少，因而可以采用較高采樣率來補償模糊規(guī)則的偏差。

模糊控制的優(yōu)勢在于，能夠根據(jù)不同精度的需求開靠近非線性函數(shù)，但相對的，其規(guī)則樹和分檔都收到了一定程度的控制。同事也包含人為控制的因素，所以模糊控制在控制方面的精度仍然有待改善。

客戶感言

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北京合康億盛變頻科技股份有限公司

經(jīng)人介紹認識了艾德杰，試著從他們那里買了一套產品，性能穩(wěn)定，故障幾乎沒有，即便有點小問題，他們也會過來處理，后來就一直和他們進行友好合作。
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湖北武漢人 1970年7月出生碩士學歷。從事電源設計研發(fā)工作30年，先后擔任多家電源公司的技術總監(jiān) 技術成果 1． 1996年獲武漢市科學技術研究成果證書武科成證字(96)第014號登記號WK9601003 成果名稱:DTK系列開關型直流穩(wěn)壓電源 2． 1996年武漢高創(chuàng)電子有限公司的電源項目獲得電源行業(yè)的第一個國家火炬計劃 3． 2000年武漢玉星電子有限責任公司<<電壓過零檢控軟開關電源>>項目獲科技部中小型企業(yè)創(chuàng)新基金無償資助,項目代號20004214054563 4.　電源方面各項專利近20項，其中發(fā)明專利2項。 5. 國內電源期刊上發(fā)表多篇論文。

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沈錦飛

1955年出生，現(xiàn)任江南大學物聯(lián)網(wǎng)學院教授、碩士生導師。主要從事電力電子電路、裝置與電能質量控制的研究和教學工作，發(fā)表學術論文30多篇，其中EI檢索5篇，獲得教育部科技進步獎、江蘇省教學成果獎、無錫市科技進步獎，多項發(fā)明專利，主編本科教材；被評為無錫市優(yōu)秀教師、市級先進個人。是中國自動化學會會員、江蘇省電工協(xié)會自動控制系統(tǒng)專委會委員、無錫市自動化學會理事、無錫市電機工程學會理事。

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顏文旭

1971 年出生，現(xiàn)任江南大學物聯(lián)網(wǎng)工程學院教授，碩士生導師?，F(xiàn)主要從事電力電子技術及智能控制、機電一體化及過程控制等領域的研究和開發(fā)工作，發(fā)表學術論文30篇（其中EI收錄6篇），獲專利12項，參加編制十二五國家級規(guī)劃教材，國家自然科學基金項目，省青年科學基金項目，市級重點實驗室建設，主持方塊地毯自動包裝生產線開發(fā)、2.0MW風力發(fā)電變流器、10kV高壓固態(tài)軟起動器、船舶壓載水物理強化處理核心技術...

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