三相逆變器數(shù)字化波形控制技術(shù)研究

1、武漢理工大學(xué)電力電子裝置及系統(tǒng)課程設(shè)計說明書三相逆變器數(shù)字化波形控制技術(shù)研究1數(shù)字化波形控制技術(shù)類型早期逆變器都采用模擬器件控制，模擬控制的特性往往受到電路參數(shù)漂移的影響，此外一些先進的控制方法無法用模擬電路實現(xiàn)。近年來，隨著專用集成電路（ASCI）現(xiàn)場可編程器件（FPGA）及數(shù)字信號處理器（DSP）技術(shù)的發(fā)展，逆變器的控制逐漸向數(shù)字化方向發(fā)展，逆變器實現(xiàn)數(shù)字化，各種各樣的離散控制方法成為研究的熱點，如無差拍控制、重復(fù)控制、離散滑?？刂萍叭斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。目前，適用于逆變器的輸出電壓波形控制技術(shù)主要包括電壓瞬時值PID反饋控制、電壓電流雙反饋控制、無差拍控制、重復(fù)控制、滑?？刂萍盎谶z產(chǎn)算法

2、優(yōu)化的模擬重復(fù)控制等智能控制技術(shù)，在本次設(shè)計中采用電壓電流雙閉環(huán)反饋控制方式。2控制原理從狀態(tài)空間角度看，但閉環(huán)控制系統(tǒng)性能不佳的原因是只有單純的輸出反饋，沒有充分利用系統(tǒng)的狀態(tài)信息，如果將輸出反饋改為狀態(tài)反饋可以改善控制效果。狀態(tài)反饋波形控制系統(tǒng)需要多個狀態(tài)變量反饋，但并不構(gòu)成分立的多環(huán)系統(tǒng)，而是在狀態(tài)空間上通過合理選擇反饋增益矩陣來改變對象動力特性，以實現(xiàn)動力學(xué)特性，以實現(xiàn)不同的控制效果采用狀態(tài)反饋可以任意配置閉環(huán)系統(tǒng)的極點，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)特性和穩(wěn)定性，這是狀態(tài)反饋控制的最大優(yōu)點。狀態(tài)反饋系數(shù)的確定大致有兩種方法：一是根據(jù)系統(tǒng)要求給出期望閉環(huán)極點，推算狀態(tài)反饋增益矩陣；二是應(yīng)用最優(yōu)控制

3、原理，是系統(tǒng)的階躍響應(yīng)接近理想輸出，據(jù)此確定狀態(tài)反饋增益。許多文獻中往往將狀態(tài)反饋改善逆變器空載阻尼比小、動態(tài)特性差的不足，與外環(huán)共同實施對逆變器的波形校正。采用狀態(tài)反饋控制時，如果對負載擾動不采取有針對性的措施，則會導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)變差和動態(tài)特性的改變。改善電壓源逆變器的動態(tài)特性的方法之一就是采用電流控制策略。在這種控制策略中，濾波電容的電流作為一個反饋量引入到控制系統(tǒng)中，保證濾波電容電流時諧波含量小的正弦波，達到改善輸出波形質(zhì)量的目的。同時，電壓瞬時環(huán)與電流環(huán)配合使用，從而達到調(diào)節(jié)輸出電壓和補償電流環(huán)特性的目的。在這種雙閉環(huán)反饋控制策略中，外環(huán)電壓環(huán)一般采用比例調(diào)節(jié)器的形式，而內(nèi)環(huán)電流環(huán)既可以采用

4、比例調(diào)節(jié)器的形式，又可以采用滯環(huán)電流控制形式。在此，濾波電容的電流相當(dāng)于輸出電壓的微分，代表了輸出電壓的變化趨勢，可以提前對輸出電壓進行校正控制，達到改善系統(tǒng)動態(tài)性能的目的。盡管電流反饋控制策略具有良好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能，但它必須使用一個電流傳感器來檢測濾波電容的電流，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。 2.1電流前饋系統(tǒng)電壓電流雙閉環(huán)反饋控制可采用基于狀態(tài)觀測器的雙環(huán)控制策略，帶輸出電流前饋的雙環(huán)控制系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。電感電流內(nèi)環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器跟蹤電流給定，整個系統(tǒng)工作穩(wěn)定，并且有較強的魯棒性。電壓外環(huán)也采用PI調(diào)節(jié)器，使輸出電壓波形瞬時跟蹤給定值。這種電感電流內(nèi)環(huán)輸出電壓外環(huán)的PI雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)

5、可以加快動態(tài)響應(yīng)的速度，而且見效靜態(tài)誤差，可以達到電容電流反饋的效果。圖2-1輸出電流前饋的雙環(huán)控制系統(tǒng)框圖電壓調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器分別為 （2-1） （2-2） 采用數(shù)字化控制，不僅可以大大見效控制電路的復(fù)雜程度，提高電源設(shè)計的靈活性，而且可以采用先進的控制方法，提高逆變電源的輸出電壓波形質(zhì)量和可靠性。但是，采用數(shù)字控制方法，因為采樣與計算帶來的延遲，使得逆變器控制滯后一拍，為了補償時間上的延遲，那么就需要采用預(yù)測算法，使控制量超前一拍。再者，有些物理量不便于測量，或者為了減少一個檢測環(huán)節(jié)，可以由系統(tǒng)模型并根據(jù)已知狀態(tài)觀測出來。這里電感電流和輸出電壓為觀測值，減少了一個電感電流采樣傳感器，控制

6、器與觀測器原理框圖如圖2-2所示。圖2-2控制器與觀測器原理框圖G(k)為控制器傳遞函數(shù)。由分離特性，控制器和觀測器可以單獨設(shè)計。觀測器也可以通過極點配置的方法設(shè)計反饋矩陣H。那么，可得觀測器動態(tài)方程 （2-3）為了進一步完善系統(tǒng)的動態(tài)特性及其穩(wěn)定性，電壓電流雙閉環(huán)反饋系統(tǒng)可采用基于輸出前饋解耦雙閉環(huán)控制策略。 控制系統(tǒng)框圖如圖2-3所示 圖2-3基于輸出前饋解耦雙閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖3 MATLAB仿真分析采用基于輸出前饋解耦的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)對逆變器進行數(shù)字化波形控制，使得系統(tǒng)在負載發(fā)生變化時，依然能夠使得輸出波形保持正弦狀態(tài)，根據(jù)公式（2-1）、（2-2）、（2-3）可以計算得到，圖3-5為仿

7、真系統(tǒng)框圖。 圖3-5基于輸出前饋解耦的雙環(huán)控制系統(tǒng)仿真圖Sina wave為給定電壓，Sina wave1為負載電流（這次仿真采用模擬sina wave1模擬負載電流），兩個信號通過前饋解耦雙環(huán)系統(tǒng)之后得到矯正以后的電壓波形，這就使得輸出電壓波形能夠時時地保持正弦波狀態(tài)。如圖3-6（a）為模擬空載電壓電流波形、3-6（b）為模擬線性負載輸出電壓電流波形、3-6（c）模擬線突加線性負載性輸出電壓電流波形（a） （b）、（c）圖3-6基于前饋解耦的雙控制實驗波形（a）空載波形 （b）線性波形 （c）突加線性負載4總結(jié)與心得在這次課程設(shè)計中，我強烈感覺到自己在很多方面的不足，對別人的依賴性比較強。

8、我想我會在以后的學(xué)習(xí)中不斷去發(fā)現(xiàn)自己的不足，并一一改正，希望在以后的工作中不要犯同樣的錯誤。在這次課程設(shè)計中，我們盡量按照老師的要求做，但在具體的操作過程中，還是出現(xiàn)了很多的問題。搞完這個課程設(shè)計讓我感覺電子電子裝置是一門很有用的課程。因為我對它的學(xué)到的知識比較少。在很多時候我很多東西都不了解。并且走了很多的彎路。而且我感覺自己的知識不夠連貫。好些時候都出現(xiàn)了卡殼的情況。這次課程設(shè)計后，我一定要重新對電力電子裝置這門課程做進一步的了解。對在此過程中遺留下的問題做好好的研究。爭取早點對電力拖動這門課程有個全方位的了解。為在以后的畢業(yè)課程設(shè)計中多些方案。也為我子以后走上工作崗位，提升自己的專業(yè)技能

9、，打下扎實的基礎(chǔ)。還有就是在十幾天的課程設(shè)計中，使我養(yǎng)成了很好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，和對學(xué)習(xí)知識的嚴(yán)謹?shù)膽B(tài)度，同時也養(yǎng)成了積極查閱相關(guān)資料的好習(xí)慣，好習(xí)慣的養(yǎng)成是來之不易的，我相信在以后的學(xué)習(xí)和工作中，我將繼續(xù)保持這些良好的習(xí)慣，并積極努力的學(xué)習(xí)。讓自己更上一層樓。參考文獻1楊蔭福.電力拖電子裝置及系統(tǒng).清華大學(xué)出版社，20062鄒伯敏.自動控制理論.機械工業(yè)出版社 20033徐月華,汪仁煌.Matlab在直流調(diào)速設(shè)計中的應(yīng)用.廣東工業(yè)大學(xué),20014陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng).機械工業(yè)出版社，20025周淵深.交直流調(diào)速系統(tǒng)與MATLAB仿真.中國電力出版社,2003.本科生課程設(shè)計成績評定表姓 名

10、楊興念性 別男專業(yè)、班級電氣0705課程設(shè)計題目： 三相逆變數(shù)字化波形控制技術(shù)研究課程設(shè)計答辯或質(zhì)疑記錄：1、為什么要采用數(shù)字化波形控制？答：閉環(huán)控制系統(tǒng)性能不佳的原因是只有單純的輸出反饋，沒有充分利用系統(tǒng)的狀態(tài)信息，如果將輸出反饋改為狀態(tài)反饋可以改善控制效果。狀態(tài)反饋波形控制系統(tǒng)需要多個狀態(tài)變量反饋，但并不構(gòu)成分立的多環(huán)系統(tǒng)，而是在狀態(tài)空間上通過合理選擇反饋增益矩陣來改變對象動力特性，以實現(xiàn)動力學(xué)特性，以實現(xiàn)不同的控制效果采用狀態(tài)反饋可以任意配置閉環(huán)系統(tǒng)的極點，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)特性和穩(wěn)定性，這是狀態(tài)反饋控制的最大優(yōu)點。2、SPWM逆變器控制原理是什么？ 答：逆變橋上的V1至V6開關(guān)管的開通于關(guān)斷完全受制于脈寬調(diào)制電路所輸出地SPWM波，通過控制調(diào)制波的幅值和頻率也就可以控制輸出電壓的幅值和頻率3、采用數(shù)字化波形控制有什么優(yōu)點？答：采用數(shù)字化控制，不僅可以大大見效控制電路的復(fù)雜程度，提高電源設(shè)計的靈活性，而且可以采用先進的控制方法，提高逆變電源的輸出電壓波形質(zhì)量和可靠性成績評定依據(jù)：序號評定項