正弦波信号的产生与控制完整版实用资料Word文档下载推荐.docx
- 文档编号:14585660
- 上传时间:2022-10-23
- 格式:DOCX
- 页数:46
- 大小:741.02KB
正弦波信号的产生与控制完整版实用资料Word文档下载推荐.docx
《正弦波信号的产生与控制完整版实用资料Word文档下载推荐.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《正弦波信号的产生与控制完整版实用资料Word文档下载推荐.docx(46页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
(2)框图程序
正弦波逆变电源的数字控制技术
谢力华,苏彦民
(西安交通大学,西安710049
摘要:
概述了逆变电源数字化技术的现状、意义,详细介绍了逆变电源数字控制的几种控制策略。
指出了逆变电源数字控制技术发展的趋势。
关键词:
逆变器;
电源;
数字控制
中图分类号:
TN86 文献标识码:
A 文章编号:
1000-(06-04
2min
’University,Xi’an710049,China
Abstract:
situationandsignificanceofthedigitalcontrolinverteraresummarized.Digitalcon2trolmeansofsinewaveinverterareintroducedindetail.Developmenttrendofthedigitalcontrolinverterispointedout.
Keywords:
inverter;
powersupply;
digitalcontrol
1 引 言
随着信息技术的发展,逆变电源越来越广泛地应用于银行、证券、军事、医疗、航空航天等领域,早期的逆变电源,只需要其输出不断电,稳压,稳频即可,然而,今天的逆变电源除这些要求外,还必须环保无污染,即绿色环保逆变电源。
同时随着网络技术的发展,对逆变电源的网络功能也提出了更高的要求。
高性能的逆变电源必须满足:
①高的输入功率因数,低的输出阻抗;
②快速的暂态响应,稳态精度高;
③稳定性高,效率高,可靠性高;
④低的电磁干扰;
⑤智能化;
⑥完善的网络功能。
显然这些要求的实现离不开数字化控制技术。
传统的逆变电源采用模拟电路控制,但模拟控制存在许多固有的缺点:
(1因采用大量的分散元件和电路板,导致硬件成本偏高,系统的可靠性下降;
(2由于人工调试器件的存在,如可调电位器,导致生产效率降低及控制系统的一致性差;
(3器件老化及热漂移问题的存在,导致逆变电源输出性能下降,甚至导致输出失败;
(4产品升级换代困难,对同一型号的模拟控制逆变电源,若不改动硬件,升级是不可能的,每一个新型的逆变电源都要求重新设计、制造控制系统;
收稿日期:
2001-04-28
定稿日期:
2001-07-05
作者简介:
谢力华(1971-,男,江西奉新人,博士生,研
究方向为逆变电源数字控制技术和交流调速。
(5模拟控制的逆变电源的监控功能有限,一旦
出现故障,要想恢复正常,技术人员必须亲赴现场。
80年代初期,为了提高逆变电源的通信功能及显示
功能,逆变电源的设计中采用了微处理器,但是,由于微处理器的速度问题,逆变电源的控制仍然采用模拟电路进行。
数字化、网络化已经成为信息社会的主流。
随着高性能的DSP控制器的出现,逆变电源的全数字控制成为现实。
DSP能够实时地读取逆变电源的输出,并实时地计算出PWM输出值,使得一些先进的控制策略应用于逆变电源的控制成为可能。
这对于逆变电源大量非线性电子负载的状况,可以针对非线性负载动态变化产生的谐波进行动态的补偿,从而使得输出谐波达到可接受的水平。
2 逆变电源数字控制的现状
早期的微处理器运算速度有限,通常只具有给定正弦波的发生、控制逆变电源的开关及实现保护显示等功能,逆变电源的核心———逆变器的控制仍然需要模拟电路的参与。
随着电机控制专用DSP的出现和控制理论的普遍发展,使得逆变电源的控制技术朝着全数字化、智能化及网络化的方向发展,逆变电源的数字控制技术发生了一次大的飞跃。
逆变电源采用数字控制,具有以下明显优点:
(1易于采用先进的控制方法和智能控制策略,使得逆变电源的智能化程度更高,性能更完美。
(2控制灵活,系统升级方便,甚至可以在线修改控制算法,而不必改动硬件线路。
(3控制系统的可靠性提高,易于标准化,可以
第35卷第6期2001年12月 电力电子技术PowerElectronics
Vol.35,No.6
December,2001
针对不同的系统(或不同型号的产品,采用统一的控制板,而只是对控制软件做一些调整即可。
(4系统维护方便,一旦出现故障,可以很方便地通过RS232接口或RS485接口或USB接口进行调试,故障查询,历史记录查询,故障诊断,软件修复,甚至控制参数的在线修改、调试;
也可以通过MODEM远程操作。
(5系统的一致性较好,成本低,生产制造方便。
由于控制软件不像模拟器件那样存在差异,所以,其一致性很好,由于采用软件控制,大减小,生产成本下降。
(6行系统。
统,每个并联运行的逆变电源单元模块都采用全数字化控制,易于在模块之间更好地进行均流控制和通讯或者在模块中实现复杂的均流控制算法(不需要通讯,从而实现高可靠性、高冗余度的逆变电源并联运行系统。
可见,数字化是逆变电源发展的主要方向,然而,也存在着挑战,原因是:
①模拟控制中存在的许多问题有待于数字控制来解决;
②逆变电源的数字控制仍然存在硬件和软件上的一些困难。
目前的困难主要来自于:
①逆变电源输出要跟踪的是一个按正弦规律变化的给定信号,它不同于一般的开关电源的常值控制。
在闭环控制下,给定信号与反馈信号的时间差就体现为明显的相位差,这种相位差与负载是相关的,这就给控制器的设计带来了困难;
②逆变电源的输出滤波器对系统的模型影响很大,输入电压的波动幅度和负载的性质、大小的变化范围往往比较大,这些都增加了控制对象的复杂性,使得控制对象模型的高阶性、不确定性、非线性显著增加;
③对于数字式PWM,都存在一个开关周期的失控区间:
一般是在每个开关周期的开始或上个周期之末来确定本次脉冲的宽度,即使这时系统发生了变化,也只能在下一个开关周期对脉冲宽度做出调整。
当然,正是有着众多的优点,而问题又存在,才使得逆变电源的数字化控制在国内外引起了广泛的关注。
3 正弦波逆变电源的控制策略
随着控制芯片性能的日益增强,电力电子装置的控制系统逐步实现了数字化。
在现代控制理论和智能控制策略应用方面,一些新的控制方式如神经网络控制、模型参考自适应控制、滑模变结构控制、专家系统控制、模糊控制等也逐渐进入了电力电子
电路控制领域。
常规的控制策略依赖于模型的精确性,而电路参数具有非线性和时变性,为了克服电路参数的时变性和不准确性带来的问题,可以利用在线辨识系统参数来实现参数自适应控制,亦可以采用滑模变结构控制这种对参数变化不敏感的方式。
另外,采用预测模型、滚动优化反馈校正和多步预,。
此外,将,可以提高模型的,提高控制效果。
正是有了高性能的DSP,才有可能将无差拍控制、重复控制、变结构控制、模糊控制、神经网络控制及一些智能控制的思想应用到逆变电源的控制系统之中,也就有了今天的逆变电源控制策略的众多成果,使得逆变电源的性能、可靠性不断提高,维护更加方便。
下面介绍逆变电源的主要控制策略。
311 PID控制
PID控制以其简单、参数易于整定等特点,广泛应用于工程实践之中。
早期的逆变电源的控制,多为模拟PID控制,单纯采用输出电压的瞬时值反馈,采用模拟PID控制器进行调节,其性能特别是动态性能及负载为非线性的时候,不会令人满意,为此,进行了大量的研究,并把输出电感电流及输出滤波电容电流的瞬时值引入了控制系统,使得逆变电源的输出性能得到了较大的改进。
然而,庞大的模拟控制电路使得控制系统的可靠性下降,调试复杂,不易于整定。
DSP的出现,这个问题迅速解决,如今各种补偿措施已经方便地应用于逆变电源的数字PID控制之中,电压、电流控制的引入,使得逆变电源的数字PID控制的效果得以改善。
针对传统数字PID控制存在的一些问题,智能控制的思路也引入PID控制之中,并在逆变电源的控制中得以应用;
同时,其它控制策略也不断地引入其中,使古老的PID控制仍充满活力。
312 无差拍控制(DeadbeatControl[11]无差拍控制是一种基于微机实现的PWM方案。
它根据逆变电源系统的状态方程和输出反馈信号来计算逆变器的下一个采样周期的脉冲宽度。
在图1所示的逆变电源中,可将负载等效为一电流源,其值i0为任意值。
选择输出电压V、电感电流iL为状态变量,系统的状态方程为:
x・
=Ax+Buy=Cx
(1
式中 x=[V iL]T;
y=V;
u=[U i0]T;
将式(1离散化得:
V(k+1=a11V(k+a12iL(k+a21U(k+
a22I(k
(2
式(2说明,输出电压的下一次采样值是本次输出电压、电感电流、逆变桥输出电压以及负载电流采样值的线性结合。
令输出电压V(k+1与其指令参考值Vref(k+1相等,就得到无差拍控制率
。
图1 逆变电源系统图
U(k是由逆变电源直流母线电压E和脉冲宽
度T(k决定的,可以由下式计算脉冲宽度T(k:
T(k=U(kT/E[Vref(k+1-a11V(k-a12iL(k-b12i0(k]T/Eb11
(3
此算法中,每个采样间隔发出的控制量T(k是根据当前时刻的状态向量和下一采样时刻的参考正弦值计算出来的,由负载扰动或非线性负载引起的输出电压偏差可在一个采样周期内得到修正。
无差拍控制有着非常快的暂态响应,当负载突然变化时,只要几个开关周期就可以调整输出电压,输出能够很好地跟踪给定值;
波形的畸变率小,即使开关频率不是很高,无差拍控制也能够得到较好的输出波形品质;
无差拍控制能够使得输出电压的相位与负载关系不大,它通过调节逆变桥的输出相位来补偿LC滤波器的相位延时。
但是,无差拍控制的自身缺点也十分明显:
①无差拍控制系统的鲁棒性不强,当负载变化,非线性负载或者温度、运行条件等原因出现参数波动,都容易造成系统的不稳定或者输出性能恶化;
②系统的误差与调制比输出的LC等有关;
③瞬态超调量较大。
为了克服无差拍控制的缺点,在无差拍控制之中引入智能控制的思想,如模糊控制、神经网络控制等,仍是今天的研究热点。
313 滑模变结构控制(Sliding2ModeVariableStructureControl
滑模变结构控制系统最大的优点是其对参数变化及外部干扰的不敏感性,即强鲁棒性,加上其固有的开关特性,特别适用于电力电子的闭环控制之中。
早期的逆变电源的滑模变结构控制多采用模拟控制技术,这存在控制硬件电路特别复杂、控制功能有限的弱点。
微处理器的应用能够减小滑模变结构控制器的复杂性,但是连续滑模控制器的设计方
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 正弦波 信号 产生 控制 完整版 实用 资料