基于PID的單相逆變器復合控制方案設計

引言

　　PID控制作為一種經(jīng)典控制算法，具有結構簡單、易于調(diào)試、動態(tài)響應特性快、魯棒性強等特點。但是，對于中、低頻周期信號，該算法仍無法實現(xiàn)無靜差控制；對由非線性負載引起的輸出波形畸變的調(diào)節(jié)能力也較差。

　　本文介紹了一種PID控制器與重復控制器采用串聯(lián)拓撲結構的方案，將穩(wěn)定的PID+控制對象閉環(huán)系統(tǒng)作為重復控制器的控制對象，在保證系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差和動態(tài)性能的同時，簡化了重復控制器的設計。

　　1 逆變器模型

　　式中，u0為輸出電壓；i 為電感電流； 為負載電阻；C為濾波器電容；￡為電容等效串聯(lián)電阻：

　　取采樣頻率和開關頻率相等，把逆變橋看作一個零階保持器，將式（2）離散化可得對象的脈沖傳遞函數(shù)為：

　　2 PID控制器設計

　　圖2所示為PID控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性圖（Bode圖）。其中，G0為被控對象；G 為PID控制器；G=Gp×G0

　　按照傳統(tǒng)PID設計理論，首先設開環(huán)系數(shù)為K=200，目的是提高系統(tǒng)低頻增益，減小穩(wěn)態(tài)誤差。但是K值過大會降低系統(tǒng)穩(wěn)定性，所以在低頻段 處加一零點，與積分環(huán)節(jié)構成滯后校正。該滯后環(huán)節(jié)的作用主要有兩條：一是在保證系統(tǒng)暫態(tài)性能基本不變的情況下，提高系統(tǒng)低頻響應的增益，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；二是利用其低通濾波特性衰減系統(tǒng)高頻響應增益，提高系統(tǒng)的相角裕度，以改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　在中頻段60 處加一零點，同時在高頻段 處加一極點，由此構成超前校正。其作用主要有兩條：一是利用相角超前特性增大系統(tǒng)的相角裕度，提高系統(tǒng)的截止頻率，保證系統(tǒng)快速的動態(tài)響應；二是衰減系統(tǒng)高頻響應增益，抑制高頻噪聲，提高系統(tǒng)魯棒性。