一種自適應逆變電源的設計與實現(xiàn).doc

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1、一種自適應逆變電源的設計與實現(xiàn)　　閉環(huán)調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制（PWM）的逆變電源在各種類型的交流供電系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，例如：不間斷電源（UPS），電壓調(diào)節(jié)器（AVR），可編程交流電源（PAS）等。在這些系統(tǒng)中，要求能在瞬時或周期性的負載變動下，輸出低諧波含量的波形。許多研究方案利用瞬時反饋控制技術，如：瞬時電壓電流跟蹤法、無差拍控制法、狀態(tài)反饋控制法，獲得了較好的動態(tài)響應。但是這類方法只能使系統(tǒng)對于瞬時的負載變化有較好的調(diào)節(jié)能力，而對周期性的負載變動所產(chǎn)生的周期性諧波抑制能力則很差。因此，這類系統(tǒng)對于非線性負載，如

2、整流性負載，其輸出總諧波含量仍然很高。另外，上述幾種瞬時反饋控制的方法，從自身控制原理上講仍存在不足之處，也妨礙了它們的進一步推廣應用。其中，瞬時電壓電流跟蹤法，即所謂兩態(tài)（或三態(tài)）滯環(huán)控制（Delta-PWM），電路的開關頻率較高，且隨精度要求的提高而提高，而且開關頻率隨其跟隨的輸出幅值變化而變化，諧波成分隨機分布，輸出頻譜的分析較為困難，也不利于輸出濾波器的設計。狀態(tài)反饋控制的設計基于系統(tǒng)的精確數(shù)學模型，并要求狀態(tài)反饋增益進行優(yōu)化設計以增加系統(tǒng)的魯棒性，而這兩方面的誤差都可能很大，從而降低了系統(tǒng)的性能。至于

3、無差拍控制，由于其原理是基于電路計算的方法，因而對電路中元件參數(shù)的變化非常敏感，這對于負載經(jīng)常變動的應用場合更不適用。雖然有的文獻也提出了改進的方案，如添加負載參數(shù)辨識器，但效果仍然不理想?！　WM逆變電源性能的好壞最終取決于控制策略的優(yōu)劣。自適應控制作為一種現(xiàn)代控制的方法，適用于系統(tǒng)數(shù)學模型未知，或者運行過程中會發(fā)生變化的情況，這無疑為解決逆變電源因負載變化而產(chǎn)生波形畸變的問題提供了一條思路。筆者正在基于DSP和單片機196的硬件基礎上對該種自適應逆變電源進行深入的研究，它能自動地消除由于未知的負載周期性擾

4、動所產(chǎn)生的交流周期畸變，大大提高了電源的品質(zhì)?！　　　?工作原理　　見圖1，在該系統(tǒng)中，將逆變橋、LC濾波器及整流性RC負載的整體作為系統(tǒng)的控制對象。其中，Ud　　　　圖1自適應PWM逆變電源硬件結(jié)構(gòu)圖　　為直流電源電壓，g1，g2，g3，g4為功率管開關信號，U1，U2分別為電流、電壓反饋信號。該自適應控制方案由圖2表示。　　其中：r（k）—參考信號;　　y（k）—系統(tǒng)輸出;　　e（k）—誤差信號;　　Q（z-1）、S（k，z-1）—輔助補償器;　　rc（k）—經(jīng)補償后的參考信號;　　P（k，z-1）—系統(tǒng)受

5、控對象的閉環(huán)傳遞函數(shù)?！　≡摽刂葡到y(tǒng)主要包括兩個部分：其一為離散重復控制器，另一為自適應參數(shù)調(diào)節(jié)器。它們的工作原理如下：　　　?。?）離散重復控制器　　重復控制是指能消除所有包含在穩(wěn)定閉環(huán)內(nèi)的周期性誤差的控制方案，如圖3所示。　　其中，P（z-1）代表被控對象的傳函，d（k）為*信號，其余信號的定義與圖2中相同?！　∮蓤D可得：　　　　E（z-1）和D（z-1）為e（k），d（k）的Z變換，若d（k）是一個周期為N的擾動，則其Fourier變換為　　　　

6、Cn

7、代表Fourier系數(shù)　　而傳函在頻域內(nèi)可表示為　　

8、若Q（z-1）=1且P（z-1）是穩(wěn)定的，則　　

9、H（jω）

10、=0（ω=2nπ/N，n=0，…，N-1）　　這表明這些周期性誤差能被重復控制器所消除，在這種情況下就能獲得無誤差的跟隨。但是，這就要求有很強的穩(wěn)定度。在實際應用中，可以減弱這一條件，如令：　　

11、H（jω）

12、《μ（jω）（ω=“2nπ”/N，n=“0，”。..，N-1）　　這里μ（jω）為周期性誤差的允許范圍。　　　　（2）自適應參數(shù)調(diào)節(jié)器　　在重復控制系統(tǒng)的基礎上添加自適應參數(shù)調(diào)節(jié)器，就構(gòu)成自適應重復控制系統(tǒng)。自適應參數(shù)調(diào)節(jié)器從本質(zhì)上講是一種算法，

13、它使系統(tǒng)具有自適應能力，能根據(jù)實際的系統(tǒng)特性調(diào)整控制參數(shù)，以達到所期望的性能指標。在本系統(tǒng)中，自適應參數(shù)調(diào)節(jié)器利用遞推最小二乘算法（RLSE），實時辨識系統(tǒng)受控對象的結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而依據(jù)期望的性能指標對離散重復控制器的參數(shù)進行調(diào)節(jié)。　　如圖2，在本控制方案中，首先構(gòu)成以圖1中信號U1，U2為反饋的閉環(huán)，將該閉環(huán)的傳函記為P（z-1），并近似認為其為二階時變結(jié)構(gòu)，即　　　　　　圖2自適應重復控制系統(tǒng)控制框圖　　式中a1，a2為時變參數(shù)，其控制思想是：首先由自適應參數(shù)調(diào)節(jié)器在線地辨識系統(tǒng)受控對象的結(jié)構(gòu)參數(shù)a1（k），

14、a2（k），然后根據(jù)辨識結(jié)果調(diào)節(jié)輔助補償器S（k，z-1）的參數(shù)，以得到適應系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的控制規(guī)律，從而使y（k）跟隨r（k）。由于辨識是實時的，就能使系統(tǒng)總能根據(jù)實際的運行條件進行控制，從而可以提高控制的精度，這也就實現(xiàn)了自適應的思想?！　　　D3重復控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖　　　　3實驗與效果　　根據(jù)文獻［6］該方案已在2kVA，輸出100VAC，60Hz的逆變器上得以實現(xiàn)并取得了良好的效果。