经验交流 Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ 自动化技术与应用》２０１０年第２９卷第３期 Ｕ Ｐ Ｓ电源逆变控制技术的研究 廉 柯，申群太，朱忠广 （中南大学信息科学与工程学院，湖南长沙４１００８３） 摘要：针对当前存在的众多逆变波形控制策略，将重复控制与传统ＰＩ控制结合起来应用于ＵＰＳ逆变电源，重点分析了重复控制的原 理以及参数的选择，利用ＭＡＴＬＡＢ软件进行仿真研究，建立了系统的仿真模型，对比研究复合控制和ＰＩ控制，通过仿真结果证 实了该复合控制具有优良的性能。 关键词：逆变电源，重复控制，仿真 中图分类号：ＴＭ４６４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３—７２４１（２０１０）０３ ０１０９—０３ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉｎ Ｕ ＰＳ Ｉ ｎｖｅｒｔｅｒ ＬＩＡＮ Ｋｅ，ＳＨＥＮ Ｑｕｎ－ｔａｉ，ＺＨＵ Ｚｈｏｎｇ－ｇｕａｎｇ （Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃｅｎｔｒａｌｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８３ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ ａ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＰＩ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ＵＰＳ ｉｎｖｅｒｔｅｒ．Ｉｔ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ．Ｉｔ ｈａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｕｓｅｄ ＭＡＴＬＡＢ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｉｔｈ ＰＩ ｃｏｎｔｒｏ１．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃｏｎｆｉｒｍ ｔｈｅ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｃｏｎｔｒｏ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｖｅｒｔｅｒ；ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ／ １ 引言 随着不间断电源（ＵＰＳ）越来越广泛的应用，如何为用 户提供高性能的不间断电源成为当今的研究热点。逆 信号的特点和内部模型控制原理，将周期信号发生器植 入闭环系统之内，以实现对周期参考信号的稳态跟踪［引。 ／ 变器是ＵＰＳ的核心 它必须具备输出高质量电压波形的 能力。逆变波形控制策略是逆变器提高波形质量和带 负载能力的重要手段，自上世纪８０年代以来，逆变波形 控制技术就一直是逆变电源技术领域的研究热点。现 在已经产生了基于各种先进控制策略的、种类繁多的 图１ 重复控制系统结构框图 重复控制器分为内模和补偿器两部分。控制系统 的结构框图如图１。 其中ｒ为给定的参考正弦信号，ｅ为误差信号，ｄ为 扰动信号，ｙ为逆变器输出电压，Ｑ（ｚ）为滤波器，Ｃ（ｚ）为 逆变波形控制策略与控制方案【引。本文提出了一种基于 重复控制和传统Ｐ Ｉ控制相结合的复合控制方案。 ２重复控制 ２．１基本原理 重复控制是２０世纪８０年代提出的一种控制系统设 重复控制环路的补偿器，Ｐ（ｚ）为控制对象。 ２．２重复控制器的参数设计 Ｚ－Ｎ为周期延迟环节；Ｎ为每基波周期对输出电压 计理论，其目的是设计一个控制器，使系统在跟踪任意周 期性参考信号时的稳态误差为零。它可根据周斯陛参考 的采样次数；Ｎ＝ｆｃ／ｆ；ｆ为参考输入基波频率；ｆｃ为载波频 率，２０００／５０＝４０。 ’ Ｑ（ｚ）取经验值０．９５，ｃ（ｚ）＝Ｋ，ｚ （ｚ），其中 为重 收稿日期：２ ０ ０ ９—１ ０—０９ 复控制增益且Ｋ，∈（０，１），用来调节重复控制器输出幅值， 《自动化技术与应用》２０１０年第２９卷第３期 经验交流 １＿ｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ 取０．７。Ｚ 为趟前环节，用来补偿控制对象本身的相位滞 策略建立的仿真模型如图３所示。仿真参数的选择：直 流母线电压４００Ｖ，载波频率２ｋＨｚ，滤波电感３．８ｍＨ，滤 波电容１０ｇＦ【３，ｌ０１。 仿真波形如图４所示，可见该控制方案实现了理想 后，这里取６［引。Ｓ（ｚ）为二阶滤波器，其Ｓ域传递函数为： （ ） 丽Ｏ）ｃ２ 这里取 ＝１．５ ＝— ＝— ：：：： ：：＝一＝的输出性能，具有响应速度快，稳态静差小的特点。而 ５１３０ ，，ＩＬＣ ４３．８ｘ１０－ ｘｌ０ｘｌ０ 只使用ＰＩ控制的仿真结果如图５，通过比较，图４的效果 要优于图５。使用ｐｏｗｅｒｇｕｉ进行ＦＦＴ分析如图６，得到 ＴＨＤ＝０．９９，而不使用重复控制的ＴＨＤ＝１．７５，可见复合 ㈤＝ 丽 ／ ／，采用双线性变换法：ｚ＝ｌ１＋ １．ｓ 隔，￣５ｘｌｏ。 ，将上式离散化： 其中 为采样间 控制方案也降低了系统的总谐波畸变度。 ）＝而丽 ３ 复合控制 重复控制使逆变电源的输出波形得到改善，提高了 系统的静态性能，但其自身原因使系统的动态特性较 差，故不能单独使用重复控制。若将重复控制与ＰＩ控制 结合起来，瞬态情况下，比例环节起作用，保证系统的快 速响应；稳态情况下，重复控制实现无静差。则在改善波 形质量的同时，又保证了系统具有较好的动态响应能 力。系统的结构框图如图２所示。 图４ 重复Ｐｌ控制仿真结果 图２ 复合控制系统结构框图 ４ 仿真研究 图５ Ｐ Ｊ控制仿真结果 图６ ＦＦＴ分析结果比较 ５ 结束语 ＨＯⅢ 图３ 基于重复控制和ＰＩ控制的逆变电源 针对数字式逆变电源，提出一种重复控制和ＰＩ控制 仿真模型 仿真工具使用的是ＭＡＴＬＡＢ７．０，根据上述的控制 相结合的复合控制方案，通过仿真分析与传统ＰＩ控制相 比较，得到的逆变波形更加平滑，也降低了总谐波畸变 度，证明该复合控制具有良好的控制性能。 经验交流 ＴｅｃｈｎｉｃａＩ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ 自动化技术与应用》２０１ ０年第２ ９卷第３期 参考文献： ｎ】Ｓ Ｊ ＣＨＩＡＮＧ，ＫＵ０一ＬＵＮＧ ＣＨＡＩ，ＹＩＮＧ—ＹＵ ＴＺＯＵ． ＵＰＳ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｎｄ ［６】李昕，李良光．不间断电源与有源滤波相结合的电源系 统研究【Ｊ】＿电气应用，２００７，２６（６）：５９－６１． ［７】周雨田．基于ＤＳＰ的逆变器重复控制器的设计【Ｊ】．电源 技术应用，２００８，１１（５）：２８－３０． ［８】付光杰，邹洁．在线式ＵＰＳ数字化复合控制技术的研究 ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ［Ｃ】．ＩＥＥＥ ＩＳＩＥ ２００５．ｕｂｒｏｍｉｋ，Ｃｒｏａｔｉａ，Ｊｕｎｅ２０－２３， ２００５：６４５－６５０． ［２】ＫＡＩ ＺＨＡＮＧ，Ｙ０ＮＧ ＫＡＮＧ，ＪＩＡＮ ＣＨＥＮ．Ｄｉｒｅｃｔ …．电力电子技术，２００８，４２（８）：７６－７８． ［９】李德华，余，张志远，余敬东．一种新型控制策略在单 相逆变器中的应用【Ｊ】．电力电子技术，２００７，４１（８）：７５－７９． ［１０】强文，黄西平，王鑫．基于重复控制和无差拍控制的逆变 电源数字控制技术的研究【Ｊ】．通信电源技术，２００７，２４（４）：１４—１７． Ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ＳＰＷＭ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｆｏｒ ＵＰＳ Ｐｕｒｐｏｓｅ［Ｊ］． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００３，１ ８（３）：７８４—７９２． ［３】易龙强．数字化ＵＰＳ／ＥＰＳ系统控制关键技术及其应用 研究【Ｄ】．湖南大学博士学位论文，２００７，３． ４罗泠．数字化在线式ＵＰＳ的研究和开发【Ｄ］．华中科技大 学博士学位论文，２００６，２． ［５】王娟娟，周永鹏．ＵＰＳ电源逆变环节数字化控制技术的 作者简介：廉柯（１ ９ ８ ５一），男，研究生，研究方向：电力电子 改进 ．电力电子技术，２００７，４１（１２）：１１８—１２０． 与电气传动。 （上接第１０５页） 计人员轻松连接并访问数据库『４ 】，系统上位机操作界 实现整个喇叭生产过程的自动化起到重要的推动作用。 面如图５所示。在数据库的选择上，根据Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ ａｃ— ｃｅｓｓ数据库具有的特点；结合生产厂家实际Ｅｔ产量，每次 参考文献： 存储间隔时间等实际情况，选用ａｃｃｅｓｓ数据库。数据库 ［１］申贺才．如何正确使用好汽车喇叭【Ｊ］．现代交通管理， 界面如图６所示。 ２００５，３８（５）：２４—２７． ［２］ＨＳＵ ＴＳ，ＰＯＯＭＩＭＡ Ｋ Ａ．Ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｓ ａｎｄ ｅｒｒｏｒ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｔｃｅｈｎｉｑｕｅｓ［Ｊ］．Ａｐｐｌｉｅｄ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ，２００１， ５ 结束语 ６２（６）：２５—２８． 本文设计的汽车喇叭检测仪表数据提取系统已在哈 ［３】冯建华，赵亮．单片机应用系统设计与产品开发【Ｍ］．北 尔滨工业大学固泰电子有限公司投入使用，实践证明本 京：人民邮电出版社，２００５． 【４】李长林．Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ串口通信技术与典型实例［Ｍ］．北 系统各项性能均达到预先设计的要求：数据提取可靠，提 京：清华大学出版社，２００６． 取的数据与喇叭检测仪表显示的数据一一对应；并且此系 ［５］刘臣志．数字式仪表与单片机的两种接口【Ｊ】．工控天地， 统相对于人工提取方式来讲，提取速度得到了极大的提 １９８７，２３（８）：４４－４５． 高；同时该系统还具有性能稳定、工作可靠、操作简单及 维护方便等特点。若在本系统基础上增加打印机和打标 作者简介：王金波（１ ９ ７ ６一），女，讲师，硕士，研究方向：机电 机，可更方便喇叭性能参数的打印以及出厂前的打标，对 一体化系统设计。 （上接第１０８页） 体功耗为３・６Ｗ），人们能够直观的看时间、温度等信息， ［１１胡汉才．单片机原理及系统设计【Ｍ］．北京：清华大学出 也便于使用者的校时。安装时不必走线，非常容易安 版社，２００２． 装，安装好之后不用人工管理，节省了人力，适合于长宽 ［２１康华光．电子技术基础（数字部分）【Ｍ］．北京：高等教育出 各不大于１ ５米的办公室、教室等场所使用。 版社，第四版・ｌ９９８・ （２） 在电子产品设 单片机的作用是巨大的， ［３１ 技术基石出 拟部 北 高等教育出 第在各种系统中起到了核心的作用。这次设计采用了 【４】沈精虎．Ｐｒ０ｔｅｌ９９入门与提高【Ｍ】．北京：人民邮电出版社， ＡＴ８９Ｃ５２以及其它一些传感器、处理芯片，产品推广之 ２０００． 后，产生了巨大的效益，但在使用过程中由于北方夏季气 ［５］胡准庆，郭世勇，李广顺，张洪训．液晶显示器与单片机 温过高也出现过误报的情况，产品的成本也有待于进一 接口技术【Ｊ］．电子工程师，１９９６，（６）：２卜２３・ 步降低，如何解决这些问题成为需要进一步研究的内容 参考文献： 作者简介：李秀珍（１ ９ ８ ２一），女，硕士研究生，研究方向：计算 机过程控制与自动化。
