单相逆变器重复控制和双环控制技术研究

本文主要内容是关于单相 PWM 逆变器的输出电压波形控制技术。好的输出波形 包含两个方面的要求:稳态精度高和动态响应快。本文围绕这两点,分析了重复控制 技术和双环控制技术,并进行了一系列仿真和实验。 假设负载为阻性或者把扰动看作输入,分别建立了逆变器的连续状态状态空间模 型和离散状态空间模型,并在 MATLAB 环境下建立了包含死区的精确仿真模型,为 以后的分析设计打下基础。分析了造成逆变器输出波形畸变的原因,包括死区效应和 负载扰动,指出波形控制的必要性。 重复控制源于控制理论中的内模原理,是一种基于周期的补偿控制,能够完全消 除周期扰动造成的波形畸变,得到高精度的稳态输出波形。但是由于其自身局限性, 动态性能难以有更大提高。分析了重复控制系统的稳定性,给出了设计方法和设计实 例。 瞬时值反馈能够改善逆变器的动态性能,而重复控制能够获得质量较高的稳态波 形,两者结合得到更高质量的输出波形。本文研究了极点配置与重复控制串联、PD 控制与重复控制并联两种方案。实验证明两种控制方式互为补充,不仅改善了逆变器 动态性能而且获得了精度更高的稳态波形。 重复控制与瞬时控制结合在算法实现上较为繁琐,并且重复误差表较耗内存资 源,加大了硬件成本。为此本文提出了输出波形的双环控制技术,比较分析了各种双 环结构的性能。为了简化硬件系统和提高数字控制系统性能,研究了状态观测器和扰 动观测器的设计。最后对内环电感电流反馈、带状态反馈解耦和负载电流解耦的双环 控制系统进行了仿真和实验。实验结果与理论分析符合,能够得到较满意的动态和稳 态波形。