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菜鳥入門:六種逆變電源控制算法摸底

發(fā)布時間:2015-04-06 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】逆變是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的過程。這種轉(zhuǎn)換通常都是通過逆變電源來實現(xiàn)。而這一過程就涉及到控制算法問題。掌握了控制算法就掌握了逆變電源的原理和運行方式。本文中對逆變電源的控制算法進行了總結(jié),有助于新手把握逆變電源的相關(guān)知識。

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)驗的控制算法,控制算法簡單,參數(shù)易于整定,設(shè)計過程中不過分依賴系統(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,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:

PID算法蘊涵了動態(tài)控制過程中過去、現(xiàn)在和將來的主要信息,控制過程快速、準確、平穩(wěn),具有良好的控制效果。

PID控制在設(shè)計過程中不過分依賴系統(tǒng)參數(shù),系統(tǒng)參數(shù)的變化對控制效果影響很小,控制的適應(yīng)性好,具有較強的魯棒性。

PID算法簡單明了,便于單片機或DSP實現(xiàn)。

采用數(shù)字PID控制算法的局限性有兩個方面。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,采樣和計算延時使得被控系統(tǒng)成為一個具有純時間滯后的系統(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,實現(xiàn)了逆變電源控制系統(tǒng)極點的優(yōu)化配置,有利于改善系統(tǒng)輸出的動態(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)模型時將負載的動態(tài)特性考慮在內(nèi),因此狀態(tài)反饋控制只能針對空載和已知的負載進行建模。由于狀態(tài)反饋控制對系統(tǒng)模型參數(shù)的依賴性很強,使得系統(tǒng)的參數(shù)在發(fā)生變化時易導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)誤差的出現(xiàn)和以及動態(tài)特性的改變。例如對于非線性的整流負載,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周期的同一時間重復(fù)出現(xiàn),控制器根據(jù)給定信號和反饋信號的誤差來確定所需的校正信號,然后在下一個基波周期的同一時間將此信號疊加到原控制信號上,以消除后面各個周期將出現(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周期的延遲,因而系統(tǒng)的動態(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)的開關(guān)控制方法來強迫系統(tǒng)的狀態(tài)變量沿著相平面中某一滑動模態(tài)軌跡運動。該控制方法最大的優(yōu)點是對參數(shù)變化和外部干擾的不敏感性,即強魯棒性,加上其開關(guān)特性,特別適用于電力電子系統(tǒng)的閉環(huán)控制[16,17,18]。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。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。

無差拍控制

無差拍控制是一種基于微機實現(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來計算逆變器的下一個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。對于線性系統(tǒng)來說,該控制方法具有很好的穩(wěn)態(tài)特性和快速的動態(tài)響應(yīng)[19,20,21]。其缺點也十分明顯:它對系統(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)較大波動或系統(tǒng)模型建立不準確時,系統(tǒng)將出現(xiàn)很強的震蕩。為此,在無差拍控制之中引入智能控制是當(dāng)今的研究熱點之一。

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),對于高性能的逆變電源系統(tǒng),模糊控制器有著以下優(yōu)點:

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

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

模糊控制的優(yōu)勢在于,能夠根據(jù)不同精度的需求開靠近非線性函數(shù),但相對的,其規(guī)則樹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。

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