基于CVCF逆變器的波形控制技術(shù)設(shè)計

取電容電壓vC和電容電流iC作為狀態(tài)變量，PWM逆變器的空載模型為：

引入狀態(tài)反饋

其中r 是閉環(huán)系統(tǒng)參考指令，K是反饋增益陣，則閉環(huán)系統(tǒng)的狀態(tài)方程變?yōu)椋?p>

將閉環(huán)極點配置在z域的0.74±0.3i點，此時系統(tǒng)自振蕩頻率ωn為4454rad/s(大致與LC濾波器截止頻率相同);阻尼比ξ為0.5.圖 5(a)是系統(tǒng)的突加負載仿真波形，觀察發(fā)現(xiàn)輸出電壓在突加瞬間跌落后不能完全回到原來的軌跡，而是有一個固有的靜態(tài)誤差。對反饋系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)，電容電壓vC 反饋相當于一個比例環(huán)節(jié)P,電容電流iC 反饋相當于一個微分環(huán)節(jié)D,都不能消除靜態(tài)誤差。因此，我們在控制系統(tǒng)中引入積分環(huán)節(jié)，把輸出y的積分量和狀態(tài)變量一起作為反饋量，假設(shè)這個新變量為xI,即

原來的二階系統(tǒng)變?yōu)榱巳A系統(tǒng)

新增一個配置極點在z域的0.1,此時系統(tǒng)的突加負載仿真波形如圖5(b)所示，我們可以看見原有的靜態(tài)誤差已經(jīng)被消除。

圖5 突加負載仿真對比

復(fù)合控制

綜合以上兩種控制方案構(gòu)成整個控制系統(tǒng)，其中，狀態(tài)反饋極點配置控制居于控制系統(tǒng)內(nèi)層，其目的是通過重新配置極點來改善系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性。重復(fù)控制居于控制系統(tǒng)外層，其主要目的是減小非線性負載等因素造成的諧波失真。只要極點配置和重復(fù)控制單獨作用時系統(tǒng)穩(wěn)定，那么復(fù)合系統(tǒng)就是穩(wěn)定的。 實驗結(jié)果

圖6是極點配置系統(tǒng)帶整流型非線性負載的波形，THD值為6.89%.圖7是加上外層的重復(fù)控制后的非線性負載工作波形，負載電流峰值15A, THD值降為1.42%,分析電壓頻譜發(fā)現(xiàn)13次以下的諧波幅值有明顯的衰減，這驗證了重復(fù)控制的諧波抑制能力主要體現(xiàn)在中低頻段。圖8是復(fù)合系統(tǒng)突加 5A的阻性負載電壓波形，系統(tǒng)很快結(jié)束過渡過程，同時也基本消除了靜態(tài)誤差。

結(jié)論

本文分析了重復(fù)控制和極點配置兩種控制方式在數(shù)字化CVCF逆變器中的應(yīng)用，提出了一種基于重復(fù)控制和極點配置的復(fù)合控制策略。實驗結(jié)果證明該策略使系統(tǒng)得到了比較理想的穩(wěn)態(tài)特性和動態(tài)特性，而且易于實現(xiàn)，有一定的實用價值。