基于極點(diǎn)配置的逆變器雙環(huán)控制方案

逆變器作為不間斷電源的核心部分，廣泛用于通信、金融等領(lǐng)域。一個(gè)高性能的逆變器除了要滿足體積、重量、電磁兼容等基本指標(biāo)外，還需滿足系統(tǒng)穩(wěn)定，穩(wěn)態(tài)電壓精度高；總諧波畸變率(THD)含量?。粍?dòng)態(tài)響應(yīng)快等要求。重復(fù)控制可以校正逆變器在不同負(fù)載時(shí)輸出電壓的精度，具有很好的穩(wěn)態(tài)輸出特性，但由于其控制量輸出有一個(gè)周期的延遲。動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力不足，而基于極點(diǎn)配置的電感電流內(nèi)環(huán)電壓外環(huán)反饋控制設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、魯棒性好，但穩(wěn)態(tài)控制精度不高。因此，實(shí)際中常結(jié)合兩者來(lái)協(xié)調(diào)校正輸出波形。在此提出基于極點(diǎn)配置的電感電流內(nèi)環(huán)電壓外環(huán)反饋控制方案，提高了逆變器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，然后增加重復(fù)控制調(diào)節(jié)輸出電壓的穩(wěn)態(tài)精度，這一復(fù)合控制方案滿足了逆變器的動(dòng)靜態(tài)特性、穩(wěn)態(tài)精度，使用Matlab仿真驗(yàn)證了此方案的可行性。

1 逆變器的數(shù)學(xué)模型
控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型是進(jìn)行理論分析和實(shí)驗(yàn)研究工作的出發(fā)點(diǎn)和基礎(chǔ)。由于功率開關(guān)器件的存在，逆變器本質(zhì)上是一個(gè)非線性系統(tǒng)，分析起來(lái)有一定困難。假設(shè)直流母線電壓源的幅值恒定，功率開關(guān)為理想器件，且逆變器輸出的基波頻率、LC濾波器的諧振頻率與開關(guān)頻率相比足夠低，則逆變橋可以被簡(jiǎn)化為一個(gè)恒定增益的放大器，從而采用狀態(tài)空間平均法得到逆變器的線性化模型。單相電壓型PWM逆變器的狀態(tài)模型電路如圖1所示。

圖1所示電路模型中，電壓源v1代表來(lái)自逆變橋的輸出電壓，電流源io代表負(fù)載汲取的電流。與濾波電感L串聯(lián)的電阻r是濾波電感的等效串聯(lián)電阻以及逆變器中其他各種阻尼因素的綜合。
由狀態(tài)空間平均模型可以推導(dǎo)出雙輸入同時(shí)作用時(shí)系統(tǒng)的s域輸出響應(yīng)關(guān)系式(1)及方框圖2如下：

2 復(fù)合控制方案分析
提出的控制方案包括了基于極點(diǎn)配置電流電壓雙環(huán)和處于外層的重復(fù)控制環(huán)，雙環(huán)控制采用電感電流內(nèi)環(huán)和輸出電壓外環(huán)，重復(fù)控制環(huán)的參數(shù)設(shè)計(jì)在雙環(huán)與逆變器等效的被控對(duì)象上設(shè)計(jì)。