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详解单相逆变器重复控制与模糊PI控制相结合

发布时间:2020-07-21 17:44:56 阅读: 来源:电阻器厂家

1.引言

本文引用地址:通常用在对电源质量要求很高的场合,如金融部门、医疗中心、通信系统、军用设备等。一般要求UPS的输出波形质量好,动态响应快,抗扰能力强。近年来,中外学者发展出了多种逆变电源波形控制技术:PID控制,无差拍控制,滑模变结构控制,重复控制,模糊控制等。各种控制方法均具有各自的特点,表现出优良的特性和不足。本文针对UPS逆变电源波形不能兼顾稳态效果和动态效果的问题,建立了单相逆变器的数学模型,提出了基于重复控制和模糊PI控制相结合的新型控制策略。利用重复控制消除逆变器周期性干扰,提高其稳态精度,利用模糊PI控制改善逆变器对非周期扰动的瞬态响应速度。实验结果表明,基于该控制器控制的UPS输出波形质量好,稳态精度高,动态响应快。

2.单相全桥PWM逆变器的结构

单相全桥逆变器主电路结构如图1所示。

图中,T1~T4为IGBT开关器件,E为直流输入电压,滤波电感L和滤波电容C构成低通滤波器,电阻r与滤波电感L相串联,它为死区效应和各环节的损耗提供了一个小的阻尼。

选取电容C与电感L作为状态变量,根据基尔霍夫电压定理KVL和电流定理KCL,我们可以得到逆变器的数学模型如下:

得出单相逆变器的连续时间状态方程:

由此状态方程我们可以得到逆变器通用连续状态空间模型为:

3.模糊PI控制器

模糊PI控制器主要由参数模糊化、模糊推理、解模糊和PI控制器组成,图2示出其原理框图。本文采用二维结构模糊控制器,以采样信号与参考信号的误差e和误差的变化率ec为输入量,以控制量的变化为输出量,这样的模糊PI控制结构简单,动态控制性能良好。接下来将输入量进行模糊化处理得到误差E和误差的微分量EC,控制器的输出量为p Δk,i Δk,先找出p Δk,i Δk 与E和EC之间的模糊关系,再根据模糊控制规则进行模糊推理,对参数进行在线修正,将算出的参数代入下式计算:

式中0p k , 0i k 为PI参数的初始设定值,由控制系统的特性决定。

建立模糊规则的原则是使系统输出响应的动静态特性达到最佳:当误差大或较大时,选择控制量以尽快消除误差为主;当误差较小时,选择控制变量要以系统的稳定性为主,防止系统超调。因此通过仿真和实验设计可得到针对p Δk , i Δk 的模糊规则表。

4.重复控制器设计

重复控制是基于内模原理的一种控制方法,包括重复信号发生器模块和补偿器模块。

它将重复信号发生器作为周期性扰动信号植入控制系统中,能有效实现系统的无静差跟踪控制。本设计采用改进型重复控制器,即在重复信号发生器内模中附加一滤波器,如图3所示。

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