單相逆變器新型重復(fù)-模糊控制方案

摘要：提出了一種基于重復(fù)控制和單輸入模糊自整定比例控制的單相逆變器雙?？刂品桨?。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，通過模態(tài)選擇開關(guān)自動(dòng)切換控制方式。誤差絕對(duì)值小于模態(tài)選擇開關(guān)閾值時(shí)，重復(fù)控制可增強(qiáng)系統(tǒng)抗周期性干擾能力，改善系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性；誤差絕對(duì)值大于模態(tài)選擇開關(guān)閾值時(shí)，單輸入模糊自整定比例控制能快速消除擾動(dòng)影響，改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該控制方案能獲得良好的動(dòng)、穩(wěn)態(tài)性能。
關(guān)鍵詞：逆變器；重復(fù)控制；單輸入模糊控制；模態(tài)選擇

1 引言
以逆變器為核心的不間斷電源廣泛用于航空、航天、金融及通信等領(lǐng)域。衡量逆變器輸出電壓波形質(zhì)量的指標(biāo)主要包括穩(wěn)態(tài)精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)和總諧波畸變率。逆變器的各種控制方案均有其優(yōu)勢(shì)，但也存在不足。重復(fù)控制利用擾動(dòng)的重復(fù)性逐基波周期地修正輸出電壓，能夠獲得很高的穩(wěn)態(tài)精度，但由于重復(fù)控制的前向通道上串聯(lián)了一個(gè)周期延遲環(huán)節(jié)，導(dǎo)致重復(fù)控制器需延遲一個(gè)基波周期才對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，因此其動(dòng)態(tài)特性較差。模糊控制無需被控對(duì)象的精確模型，特別適合逆變器等非線性系統(tǒng)，且其響應(yīng)速度快、自適應(yīng)性強(qiáng)，能有效消除系統(tǒng)外部擾動(dòng)，但由于穩(wěn)態(tài)特性較差，難以獲得很高的控制精度。
此處提出一種將重復(fù)控制與單輸入模糊自整定比例控制相結(jié)合的雙?？刂品桨福C合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，很大程度地改善了系統(tǒng)的動(dòng)、穩(wěn)態(tài)性能。

2 逆變器數(shù)學(xué)模型
具有單相兩電平硬開關(guān)、接有后級(jí)LC濾波器的逆變器，無論采用半橋還是全橋結(jié)構(gòu)，調(diào)制方式為單極性還是雙極性，均可抽象為圖1所示電路模型。圖中，ui為逆變橋輸出電壓；r為線路綜合等效電阻；L，C為輸出濾波器電感、電容；Z為負(fù)載。

假設(shè)主電路元件均為理想器件，忽略開關(guān)損耗，逆變器動(dòng)態(tài)特性主要由LC濾波器決定，且在空載情況下振蕩傾向最為強(qiáng)烈，為保證系統(tǒng)在任何負(fù)載條件下都穩(wěn)定，通常在空載狀態(tài)下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。由圖1可得空載逆變器傳遞函數(shù)為：

實(shí)驗(yàn)時(shí)，取L=700μH，C=36 μF，r=0．1 Ω，則阻尼比ξ=0．011 3，諧振頻率ωn=6 340 rad·s-1。則該逆變器在空載狀態(tài)下傳遞函數(shù)為：

取開關(guān)頻率為10 kHz，利用Matlab中c2dm.m函數(shù)對(duì)上式進(jìn)行離散化可得離散的傳遞函數(shù)為：
P(s)=(0．191z+0．190 1)／(z2-1．6047z+0．985 8) (3)

3 重復(fù)控制
3．1 基本原理
重復(fù)控制基于內(nèi)模原理控制理論，成功的構(gòu)造了任意周期信號(hào)的內(nèi)模，通過對(duì)輸入信號(hào)的逐周期累加，實(shí)現(xiàn)對(duì)指令的精確跟蹤，即使輸入信號(hào)衰減至零，內(nèi)模仍能持續(xù)輸出與上一周期相同的信號(hào)，故可有效抑制周期性干擾引起的波形畸變。離散的嵌入式重復(fù)控制系統(tǒng)如圖2所示。當(dāng)誤差信號(hào)重復(fù)出現(xiàn)時(shí)，重復(fù)控制器對(duì)誤差信號(hào)進(jìn)行逐周期的積分調(diào)節(jié)，直至誤差被消除，重復(fù)控制器輸出停止變化，維持并周期性地輸出上一周期的波形。