單相逆變器多環(huán)反饋控制策略研究

2 控制器模型的特性分析
在圖2控制框圖中，電壓環(huán)作為逆饋瞬時控制外環(huán)，電流環(huán)作為逆饋瞬時控制內環(huán)。逆變器輸出電壓經(jīng)過比例環(huán)節(jié)與參考電壓比較，誤差經(jīng)過PI調節(jié)后作為電流控制內環(huán)的一部分基準，另一部分基準來自于參考電壓的順饋，這個復合基準與來自比例環(huán)節(jié)的電容電流比較后，再經(jīng)過比例調節(jié)和放大環(huán)節(jié)就得到了逆變器開關管的輸出電壓。為了能夠更清楚地分析上面的控制原理，現(xiàn)在采用下面的工程化分析方法，即

1)由于電壓和電流逆饋環(huán)節(jié)的濾波常數(shù)很小，將其忽略；
2)濾波電感和濾波電容的等效串聯(lián)阻抗對電路性能的影響較小，也將其忽略；
3)以線性電阻為負載對象分析。
取PI調節(jié)函數(shù)為可以對Uref實現(xiàn)誤差為零的復現(xiàn)(證明略)。利用上面的分析，可以把圖2化簡為圖3。

這樣，得到逆變器的開環(huán)傳遞函數(shù)為：

其極點和零點為

通常則式(5)可以化簡為

根據(jù)上面的函數(shù)表達式，作出的閉環(huán)根軌跡如圖4所示。圖4中虛線部分是電壓瞬時值反饋控制的根軌跡，實線是本文所采用的復合控制的根軌跡圖。圖4(a)和圖4(b)分別是輕載和滿載的軌跡圖。從圖4中可以看出，本文所采用的控制方案由于在開環(huán)傳遞函數(shù)中引入的附加零點，使閉環(huán)系統(tǒng)的根軌跡遠離虛軸，大大增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而且!萼筍的值比較大，因此可以減少系統(tǒng)的調節(jié)時間，又不會造成系統(tǒng)較大的超調。

3 仿真與實驗
圖5～圖8是用逆變器驗證上面的控制方案的仿真結果。圖中的切換都是選在正弦波的波峰處，這種情況代表了切換的最大電壓崎變。圖中所示波形的動態(tài)調整時間小于0．5ms，穩(wěn)態(tài)整流橋負載THD為1％。圖9和圖10是系統(tǒng)的開環(huán)和閉系統(tǒng)的相位裕度大于60℃，為數(shù)字控制的滯后，死區(qū)效應，濾波器的滯后特性等留有足夠的穩(wěn)定裕量。而且調節(jié)時間很快，通帶內增益穩(wěn)定，且相移很小。