基于双环控制和重复控制的逆变器研究

如图7所示，PB(z)是设计好的双环系统，负载及其他因素的影响由扰动量d等效。重复控制器的输出叠加于原有的参考输入之上，以产生矫正作用。javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>重复控制器由周期延迟正反馈环节和补偿器KrzkS(z)组成，N是数字控制器每周期的采样次数，Q(z)用以增强系统的稳定性，常取为0.95。周期延迟正反馈环节对逆变器输出误差进行逐基波周期的累加。补偿器的作用是与逆变器对象实现中、低频对消和高频衰减，这样重复内模（即周期延迟正反馈环节）给出的补偿信号才能幅值和相位均正确地与扰动对消，实现稳态波形的无差。PB(z)是加双环之后的等效逆变器对象，从图6可以看出其谐振峰已经被抵消，因此，补偿器的设计大大简化，只须完成高频衰减和相位补偿的功能。Kr是重复控制器增益，S(z)取为一个截止频率与PB(z)近似的二阶滤波器以实现高频衰减，超前环节Zk实现S(z)PB(z)的相位补偿。由于超前环节的存在，所以引入周期延迟环节z－N，否则，重复控制器无法物理实现。

因为z－N的引入，重复控制器对扰动的矫正要延迟一个基波周期，但是位于内层的双环无差拍控制器则对扰动有着极快的抑制作用。相反地，双环无差拍控制器对扰动的补偿是有限的，而重复控制的引入可将扰动近乎完全补偿，稳态效果极佳。此外，如图6所示，双环控制使逆变器对象的截止频率加大到2kHz，重复控制器的补偿范围也得以扩大。

3 系统设计与实验

本控制方案在一台基于DSPTMS320F240控制系统的IGBT单相半桥逆变器实验装置上得到了验证。实验装置参数为：滤波电感1.14mH；滤波电容20μF；输入直流电压250V；输出交流电压幅值100V。

图9

    开关和采样频率均为10kHz，根据上述分析，计算出KV=0.2，KC=11.1。

加双环后的等效逆变器控制对象是

PB(z)=（10）

据此选择二阶滤波器

S(z)=（11）

超前环节是z4，取Kr=1，N=200。

图10

    图8是双环系统带非线性负载时的波形，THD达4.84％，可见瞬时电压环对电流扰动的补偿效果有限。图9是复合控制系统负载突加过程，在突加阻性负载时，经0.5ms波形便恢复正常，在最恶劣的情况下即突加整流负载时，经5个基波周期波形也能完全恢复正常。图10是复合控制系统稳态工作波形，带阻性负载时的THD是1.71％，带整流性负载时的THD是1.54％。

4 结语

本文所提出的控制方案设计简单，瞬时值反馈部分仅须确定两个增益，利于编程实现。实验结果显示，基于双环控制和重复控制的逆变器系统对负载扰动具有强鲁棒性，能够输出高质量的正弦电压。