逆變電源的幾種控制算法

逆變電源廣泛運(yùn)用于各類：電力、通訊、工業(yè)設(shè)備、衛(wèi)星通信設(shè)備、軍用車載、醫(yī)療救護(hù)車、警車、船舶、太陽(yáng)能及風(fēng)能發(fā)電領(lǐng)域。

在電路中將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的過(guò)程稱之為逆變，這種轉(zhuǎn)換通常通過(guò)逆變電源來(lái)實(shí)現(xiàn)。這就涉及到在逆變過(guò)程中的控制算法問(wèn)題。

只有掌握了逆變電源的控制算法，才能真正意義上的掌握逆變電源的原理和運(yùn)行方式，從而方便設(shè)計(jì)。在本篇文章當(dāng)中，將對(duì)逆變電源的控制算法進(jìn)行總結(jié)，幫助大家進(jìn)一步掌握逆變電源的相關(guān)知識(shí)。

逆變電源的算法主要有以下幾種。

數(shù)字PID控制

PID控制是一種具有幾十年應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的控制算法，控制算法簡(jiǎn)單，參數(shù)易于整定，設(shè)計(jì)過(guò)程中不過(guò)分依賴系統(tǒng)參數(shù)，魯棒性好，可靠性高，是目前應(yīng)用最廣泛、最成熟的一種控制技術(shù)。它在模擬控制正弦波逆變電源系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。將其數(shù)字化以后，它克服了模擬PID控制器的許多不足和缺點(diǎn)，可以方便調(diào)整PID參數(shù)，具有很大的靈活性和適應(yīng)性。與其它控制方法相比，數(shù)字PID具有以下優(yōu)點(diǎn)：

PID算法蘊(yùn)涵了動(dòng)態(tài)控制過(guò)程中過(guò)去、現(xiàn)在和將來(lái)的主要信息，控制過(guò)程快速、準(zhǔn)確、平穩(wěn)，具有良好的控制效果。

PID控制在設(shè)計(jì)過(guò)程中不過(guò)分依賴系統(tǒng)參數(shù)，系統(tǒng)參數(shù)的變化對(duì)控制效果影響很小，控制的適應(yīng)性好，具有較強(qiáng)的魯棒性。

PID算法簡(jiǎn)單明了，便于單片機(jī)或DSP實(shí)現(xiàn)。

采用數(shù)字PID控制算法的局限性有兩個(gè)方面。一方面是系統(tǒng)的采樣量化誤差降低了算法的控制精度;另一方面，采樣和計(jì)算延時(shí)使得被控系統(tǒng)成為一個(gè)具有純時(shí)間滯后的系統(tǒng)，造成PID控制器穩(wěn)定域減少，增加了設(shè)計(jì)難度。

狀態(tài)反饋控制

狀態(tài)反饋控制可以任意配置閉環(huán)控制系統(tǒng)的極點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了逆變電源控制系統(tǒng)極點(diǎn)的優(yōu)化配置，有利于改善系統(tǒng)輸出的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，具有良好的瞬態(tài)響應(yīng)和較低的諧波畸變率。但在建立逆變器的狀態(tài)模型時(shí)將負(fù)載的動(dòng)態(tài)特性考慮在內(nèi)，因此狀態(tài)反饋控制只能針對(duì)空載和已知的負(fù)載進(jìn)行建模。由于狀態(tài)反饋控制對(duì)系統(tǒng)模型參數(shù)的依賴性很強(qiáng)，使得系統(tǒng)的參數(shù)在發(fā)生變化時(shí)易導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)誤差的出現(xiàn)和以及動(dòng)態(tài)特性的改變。例如對(duì)于非線性的整流負(fù)載，其控制效果就不是很理想。

重復(fù)控制

重復(fù)控制是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新型逆變電源控制方案，它可以克服整流型非線性負(fù)載引起的輸出波形周期性的畸變。重復(fù)控制的思想是假定前一周期出現(xiàn)的基波波形畸變將在下一個(gè)周期的同一時(shí)間重復(fù)出現(xiàn)，控制器根據(jù)給定信號(hào)和反饋信號(hào)的誤差來(lái)確定所需的校正信號(hào)，然后在下一個(gè)基波周期的同一時(shí)間將此信號(hào)疊加到原控制信號(hào)上，以消除后面各個(gè)周期將出現(xiàn)的重復(fù)性畸變。該控制方法具有良好的穩(wěn)態(tài)輸出特性和非常好的魯棒性，但該方法在控制上具有一個(gè)周期的延遲，因而系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差。自適應(yīng)重復(fù)控制方案，已經(jīng)成功地應(yīng)用于逆變器的控制中。

滑模變結(jié)構(gòu)控制

滑模變結(jié)構(gòu)控制利用不連續(xù)的開(kāi)關(guān)控制方法來(lái)強(qiáng)迫系統(tǒng)的狀態(tài)變量沿著相平面中某一滑動(dòng)模態(tài)軌跡運(yùn)動(dòng)。該控制方法最大的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)參數(shù)變化和外部干擾的不敏感性，即強(qiáng)魯棒性，加上其開(kāi)關(guān)特性，特別適用于電力電子系統(tǒng)的閉環(huán)控制。但滑模變結(jié)構(gòu)控制存在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)效果不佳、理想滑模切換面難于選取、控制效果受采樣率的影響等弱點(diǎn)。如今，逆變電源的滑模變結(jié)構(gòu)控制的研究方興未艾，特別滑模變控制和其它智能控制策略相結(jié)合所構(gòu)成的符合控制策略的研究倍受關(guān)注。

無(wú)差拍控制

無(wú)差拍控制是一種基于微機(jī)實(shí)現(xiàn)的PWM方案，它根據(jù)逆變電源系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出反饋信號(hào)來(lái)計(jì)算逆變器的下一個(gè)采樣周期的脈沖寬度，80年代末引如到正弦波逆變電源控制系統(tǒng)中。對(duì)于線性系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，該控制方法具有很好的穩(wěn)態(tài)特性和快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。其缺點(diǎn)也十分明顯：它對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的變化反應(yīng)靈敏，即魯棒性較差。一旦系統(tǒng)參數(shù)出現(xiàn)較大波動(dòng)或系統(tǒng)模型建立不準(zhǔn)確時(shí)，系統(tǒng)將出現(xiàn)很強(qiáng)的震蕩。為此，在無(wú)差拍控制之中引入智能控制是當(dāng)今的研究熱點(diǎn)之一。

智能控制

智能控制技術(shù)主要包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)，對(duì)于高性能的逆變電源系統(tǒng)，模糊控制器有著以下優(yōu)點(diǎn)：

具有較強(qiáng)的魯棒性和自適應(yīng)性，模糊控制器的設(shè)計(jì)不需要被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型。

查找模糊控制表占用處理器的時(shí)間很少，因而可以采用較高采樣率來(lái)補(bǔ)償模糊規(guī)則的偏差。

模糊控制的優(yōu)勢(shì)在于，能夠根據(jù)不同精度的需求開(kāi)靠近非線性函數(shù)，但相對(duì)的，其規(guī)則樹(shù)和分檔都收到了一定程度的控制。同事也包含人為控制的因素，所以模糊控制在控制方面的精度仍然有待改善。