DSP重復控制技術在逆變電源系統(tǒng)中的應用

本文提出一種DSP重復控制的控制方案，利用重復控制器來跟蹤周期性參考指令信號，減小輸出電壓諧波，同時電流環(huán)控制改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。并根據該控制方案，設計和調試了一臺基于DSPTMS320IF2407A控制的單相1kW逆變器，仿真和實驗結果均驗證了該方案的良好性能。

重復控制的基本理論

重復控制是基于內模原理的一種控制思想。它的內模數學模型描述的是周期性的信號，因而使得閉環(huán)控制系統(tǒng)能夠無靜差地跟蹤周期信號。單一頻率的正弦波是典型的周期信號，它的數學模型為

那么只要在控制器前向通道串聯(lián)上與輸入同頻率的正弦信號，就可以實現系統(tǒng)的無靜差跟蹤。重復控制也多用數字控制方式。離散后的重復控制內模為：

式中：N為一個周期的采樣次數

基于內模原理的理想重復控制系統(tǒng)的前向通道上含有一個周期性延時環(huán)節(jié)，不可避免它會導致動態(tài)性能較差。到目前為止，要實現高性能的控制效果，最為有效的方法有如下兩種：一是直接重復控制，引入前饋，通過前饋提高動態(tài)響應，其系統(tǒng)結構如圖1所示;二是嵌入式重復控制，它在重復控制器側加入PI調節(jié)器，通過 PI調節(jié)來提高動態(tài)性能，其系統(tǒng)結構如圖2所示。

理想重復控制器Q(z)=l，當擾動的角頻率ωd是輸入信號角頻率ωr的整數倍，即ωd=nωr時，可以得到z-N=1，就是說，理想的重復控制器可以消除任意次諧波，可以對小于采樣頻率的1/2下的任意次諧波進行無差跟蹤。所以本文中提出的控制器通過重復內模來抑制周期性干擾，實現穩(wěn)態(tài)特性，PI控制提供動態(tài)補償，該控制器兼顧了PI經典控制設計簡單，實現方便的優(yōu)點，同時彌補了重復控制單周期延時的缺點。

逆變器控制系統(tǒng)設計

圖3為基于DSP的逆變器系統(tǒng)控制方案的示意圖，如果系統(tǒng)引入電感電流內環(huán)，不僅可以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還能適當降低諧振峰值。因此，在重復控制電壓外環(huán)的內部加入電流內環(huán)，構成重復控制雙環(huán)，可以增加重復控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還能降低補償器設計難度。

系統(tǒng)模擬部分主要是功率電路和接口電路，數字部分。接口電路是設計時需要特別考慮的，它需要實現數據的轉換(A/D，D /A)，針對不同的A/D，還需要特別設置電平轉換電路。而門極驅動電路不僅要提供足夠的能量以驅動功率模塊，還需要隔離，以保護數字芯片。最后通過數字部分的編程，實現數字控制。