【正文】 對于相位的補償十分重要，它決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，相位的補償即加入超前環(huán)節(jié)，在控制周期內(nèi)提前發(fā)出控制指令，從而補償控制對象的相位滯后，在程序當中補償量以 p來表示。這是到目 前 為止應用最為廣泛，最為有效的一種 PID參數(shù)調(diào)整方法。一個周期過后，重復控制器產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用使跟蹤誤差減小。數(shù)字 PID控制對跟蹤誤差立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，響應速度較快，但由于 前 述因素的影響，跟蹤精度不高，波形畸變嚴重。重復控制器可以消除周期性干擾產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差。通過前面分析，我們知道控制對象逆變器 PB(z)是一個二階線性系統(tǒng)，具有相位滯后的特性，利用超前環(huán)節(jié) KZ 的超 前 相位特性來補償控制對象的相位滯后。在獲知了上一周期的誤差信息后 ,到了下一周期該如何給出合適的控制量 ,這就是補償器 S(z)要解決的任務。 圖 53 重復信號發(fā)生器（ Z域形式） 重復控制器的結(jié)構(gòu) 重復控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 54如圖所示，其中虛線框內(nèi)的結(jié)構(gòu)即為重復控制 器。這所以稱其為重復信號發(fā)生器，是因為即使輸出衰減至零，該內(nèi)模仍然會持續(xù)不斷的逐周期重復輸出與上周期波形相同的信號。 重復控制技術 重復控制的基本思想 重復控制是一種基于內(nèi)模原理的控制策略，內(nèi)模原理指出：如果希望控制系統(tǒng)對某一參考指令實現(xiàn)無靜差跟蹤，則產(chǎn)生該參考指令的模型必須包含在穩(wěn)定的閉環(huán)控制系統(tǒng)內(nèi)部。積分 J代表了過去積累的信息，它能消除靜差，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性。重復控制是近幾年才發(fā)展起來的一種新型逆變電源控制方案。離散時間控制策略即數(shù)字化控制，可以克服模擬控制的一些不足。過流保護也是可恢復的。對于本采樣電路如下圖 412所示，結(jié)構(gòu)更簡單。磁平衡式電流和電壓傳感器模塊測量的輸出信號為電流形式，若要獲得電壓輸出形式，則需要在輸出端和電源零點之間串聯(lián)一只測量電阻，取電阻上的電壓，即可獲得電壓輸出形式。輸出的電壓和電流經(jīng)過傳感 器，轉(zhuǎn)換為可測量的電 壓、進入信號調(diào)理電路，得到滿足片內(nèi) A/D轉(zhuǎn)換要求的被測信號，送入片內(nèi) A/D轉(zhuǎn)換器。 圖 410 驅(qū)動電路 對于光耦的驅(qū)動電路，導線不宜過長，否則會受干擾。 L的計算可由下式求得： 其中 :E為直流側(cè)的電壓 180V 0V 為輸出電壓的瞬時值 D為輸出電壓的占空比 Ts為開關周期，即 1/ Kf SL DTLEtLui ??????? 0/ ? ED??0? 當 D為 1/2時， Li? 取最大值，可求得 L約為 370uH． 綜合以上因素， 并考慮 L、 C的體積及其它因素等，最后我們選取 L的值是 H?270 ， C為 F?4 。 ? L=1/(? C)所對應的頻率為截止頻率 Cf ， Cf 與 L、 C的關系如下： LCCL CCC /1,/1 ?? ??? (41) )2/(1 LCf C ?? (42) 圖 49 濾波電路 假設逆變器輸出電壓中基波頻率 f1為 400HZ：最低次諧波頻率 Kf 為 40KHZ；截止頻率 Cf 為 4KHZ。因此，選擇濾波器參數(shù)時，要綜合考 慮這兩方面的因素。 IGBT可選用三菱、東芝、西門子、富士生產(chǎn)的產(chǎn)品，如富士公司的 EXB841和 IGBT可容易的構(gòu)成單相變頻器 回路。 IGBT絕緣柵晶體管是一種利用 MOS柵極進行開通 /關斷的雙極型晶體管器件，具有 MOSFET高輸入阻抗和類似于雙極型晶體管的低通態(tài)壓降，并且有 像 晶體管似的反相電壓阻斷能力。 [8] 主電路的參數(shù)設計 主電路元器件設計包括功率開關管的選擇 、濾波電路參數(shù)設計。如果采樣電壓為正負電壓，采樣電路就會復雜，經(jīng)過一些調(diào)理電路，影響采樣的精度。由雙向直 流變換器和極性反轉(zhuǎn)逆變橋構(gòu)成，具有 電路結(jié)構(gòu)簡潔、雙向功率流、輸出電壓波形質(zhì)量高、負載適應能力強等特 點，有效地克服了單向直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變器的固有缺陷。在逆變器中，控制電路通過 SPWM脈寬調(diào)制技術控制開關管 M1的占空比 D，把輸入的直流電壓調(diào)制成相應電壓波形輸出，使得 Buck變換器在濾波電容 c上的輸出電壓 cdU 為一系列的正弦全波整流電壓，即單極性的饅頭波，再通過后一級的全橋變換電路使一系列的單極性 的正弦饅頭波在負載上展開成標準的詎弦波。 圖 43 B 部分電路圖 原邊的開關作用相當于把輸入直流信號調(diào)制為交流的方波信號，副邊二極管 則把該信 解調(diào)為直流電壓輸出，由于 V1及 V4和 V2及 V3的脈寬均為 T/2(T為開關周期 )， Uab(變壓器副邊的電壓波形 )正半波和負半波經(jīng)歷時間均為 T/2， abU 經(jīng)過副邊整流之后可得到最大的輸出電壓，從而完成了從 360V 直流電壓到 180V 直流電壓的隔離及變換。本文提出了一種新的簡單 SPWM控制方法。每個單相逆變器可以是半橋式也可以是全橋式電路。晶閘管逆變器也可利用負載側(cè)交流電源電壓換流，負載反電動勢換流或負載諧振換流 [5]。交流輸出電壓基波頻率和幅值都應能調(diào)節(jié)控制，輸出電壓中除基波成分外，還可能含有一定頻率和幅值的諧波。這種電路結(jié)構(gòu)即 BUCK逆變器應用在 400Hz逆變電源中。 （ a）阻性滿載 （ b）輕載或空載 （ c）額定電容性負載 （ d）預定感性負載 圖 24 逆變器不同負載時的電壓仿真波形 雙 向 直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變 雙向直流變換器型高頻 環(huán)節(jié)逆變器 如圖 25所示， 它由 雙向 DC/DC變換器、濾波電路、極性反轉(zhuǎn)逆變橋構(gòu)成，具有電路結(jié)構(gòu)簡潔、雙向功率流、直流變換級工作在 SPWM(輸出電壓范圍寬 )、逆變橋功率開關電壓應力低且為 ZVS，輸出電壓波形質(zhì)量高、負載適應能力強等特點．適用于無源逆變場合 。 [3] 華中科技大學文華學院畢業(yè)設計（論文） 6 （ a） （ b） （ c） 圖 21 單極性調(diào)制 華中科技大學文華學院畢業(yè)設計（論文） 7 圖 22 雙極性調(diào)制 直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變 直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變 器 是逆變器技術中的新概念，它由直流變換器和極性反轉(zhuǎn)逆變橋級聯(lián)而成。 圖 21(c)是直 接用參考正弦波與單向三角形載波交截 產(chǎn)生功率開關驅(qū)動信號。 SPWM正弦脈寬調(diào)制根據(jù)每發(fā)生一次開關過程中，橋臂輸出電壓的脈沖極性的變化不同可分為雙極性脈寬調(diào) 制 (bipolar PWM)方式和單極性脈寬調(diào) 制 (unipolar PWM)方式 [6]。常用的控制策略包括 PID控制、無差拍控制、重復控制技術、狀態(tài)反饋控制等等，各種控 制 方法具有各自特點，有各自的應用范圍，有時為了達到較好的性能可能要求使用幾種控制方法，本文采用了改進型重復控制，并通過 DSP得到了較好的實現(xiàn) [2]。 SP能夠?qū)崟r地讀取逆變電源的輸出，并實時地計算出 PWM輸出值，使得一些先進的控制策略應用于逆變電源控制成為可能，從而可對非線性負載動態(tài)變化時產(chǎn)生的諧波進行動態(tài)補償，將輸出諧波達到可以接受的水平。逆變電源控制方法的實現(xiàn)可以采用數(shù)字控制，這是實現(xiàn)智能化和高可靠性的前提。 ○ 5 動態(tài)響應快 ,控制性能好 ,電氣性能指標好。 工頻逆變一般指 50~60Hz 的逆 變電源，中頻逆變的頻率一般為 400Hz 到十幾 KHz；高頻逆變電源的頻率則一般為十幾 kHz 到 MHz。 400HZ中頻逆變電源廣泛應用于飛機、雷達、通信等領域，其對逆變電源的穩(wěn)定精度、可靠性等提出了高要求。逆變電路采用直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變技術，直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變器由直流變換器與極性反轉(zhuǎn)逆變橋級聯(lián)而成，具有電路結(jié)構(gòu)簡潔、前級工作在 SPWM、后級工作在中頻方波逆變、逆變橋功率開關電壓應力低且實現(xiàn) ZVS、抗輸入電壓擾動能力等優(yōu)點?？刂葡到y(tǒng) DSP TMS320LF2407A為核心。 逆變電源 是將直流電能轉(zhuǎn)變成交 流電能的變流裝置，是太陽能、風力發(fā)電中一個 重要部件。 （ 2） 按照逆變電源的輸出相數(shù)可以分為單項逆變電源、三項逆變電源和多相逆變電源。 ○ 6 保護快。而且可以方便的實現(xiàn)模 塊化，對于產(chǎn)品的系列化生產(chǎn)具有很好的借鑒。 逆變電源采用數(shù)字控制，具有以下明顯優(yōu)點： (1)減少控制元件數(shù)量，提高系統(tǒng)抗干擾能力。 本文主要研究內(nèi)容 本文對交流輸入 220V，輸出交流 115V、 400HZ的中頻電源進行了研制。 （ 1） 單極性調(diào)制 通過控制功率 開 關管的通斷，使輸出電壓在 0/CU? 或 0/CU? 即 +1/0(1/0)之間切換，這就是單極性的調(diào)制。 對于單極性的調(diào)制可根據(jù)實際電路采用不同的方法，在本文中， 采用是圖 21(b)所 示的方法，結(jié)合實際的主電路結(jié)構(gòu)使控制更簡潔，達到較好的效果。直流變換級將直流電壓變換成全波整流電壓，極性反轉(zhuǎn)逆變橋?qū)⑵淠孀兂烧医涣麟?，其類型由前置直流變換器的類型 (BUCK或 BUCK， BOOST)決定，因而稱為直流變換器型高頻環(huán)節(jié)變換器。 [9] 華中科技大學文華學院畢業(yè)設計（論文） 9 圖 25 雙向直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變器電路結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng) 由于雙向的直流變換器能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向流動，所以變換器能夠?qū)⒔涣髫撦d無功能量或電容上的電荷回饋到輸入直流電源側(cè)，從電感處的電流可以看到電流為負時，負載向電源反饋能量，從而保 證輸出電壓的正弦性，使電壓 在任何負載時 都 能跟蹤參考電壓信號 的變化，從而獲得理想的輸出電壓波形。具有負載適應能力強，效率高等特點。 逆變器的類型 逆變器 由主電路和控制系統(tǒng)兩部分組成。 電壓型單相方波逆變電路工作原理 電壓型單相全橋逆變電路 改變 開關管的門極驅(qū)動信號的頻率，輸出交流電壓的頻率 f也隨之改變。三個單相逆變器的開關管驅(qū)動信號之間互 差 ?120 ，三相輸出電壓 Av 、 Bv 、 Cv 大小相等，相差?120 ，構(gòu)成一個對稱的三相交流電源，通常變壓器的二次繞組都接成星型以便消除負載端的三倍數(shù)的諧波。在理論分析的基礎上得出了逆變器實現(xiàn) SPWM調(diào)制的占空比計算公式。開關管的驅(qū)動信號為高頻的驅(qū)動信號，這也使變壓器有較小的體積，并能夠得到較高質(zhì)量的直流信號。工作原理如圖 48所示。 （ 2） 從上面的電路結(jié)構(gòu)可以看出此逆變器拓撲 結(jié)構(gòu) 有一個缺點 :需要的開關管數(shù)量多，這樣一來就大大提商了電路的成本。 （ 5） 電路控制變成兩部分，一個是高頻的 SPWM調(diào)制控制，生成饅頭波；一個是低頻的倒向控制。在此我們分別對其進行詳細的論述。也是功率器件首選之一。電源額定輸出為：電壓 0U =ll5V，功率 0P =2KW，考慮到濾波器的損耗以及功率開關的開關損耗，設效率為 80％，則有：逆變器功率：NP =2/(KW)峰值電流值： PI = NP NRA PKK 2 /115= 2 /115≈55(A) 其中： AK 為過載因數(shù)，取 值 ， PK 為安全系 數(shù)，取值 。輸出濾波器設計的基本要求應保證逆變器輸出正弦電壓的波形失真度滿足要求的前提下，盡可能減小體積、重量，盡可能減小無功功率損耗。 由于 1f Cf ，故， w1L對基波信號阻力很??； 1/( 1? C)對基波信號分流很小，因此允許基波信號通過。 驅(qū)動 、保護、測量 電路 電力電子器件的驅(qū)動是電力電子電路與控制電路之 間的接口， 是電力電子系統(tǒng)的重要的環(huán)節(jié)，對整個系統(tǒng)的性能有很大的影響。為了改善控制脈沖的前后沿陡度和防止振蕩，減少 MOSFET漏極大的電壓尖脈沖，需在柵極串聯(lián)電阻 2R ，當 2R 增大時，會引起 MOSFET的通斷時間延長，能耗增加，減小 2R ，會使 di/dt增大 ,可能引起 MOSFET 華中科技大學文華學院畢業(yè)設計（論文） 20 的誤導通或損壞。 （ 一 ） 傳感器的選用 對于輸出的電壓、電流的檢測可以用檢測變壓器，但考慮到采樣頻率比較高，控制要求實時控制，對采樣的精度和快速性要求比較高，所以經(jīng)比較后使用 LEM公司的電壓、電流傳感器模塊。電阻 R2實現(xiàn)此功能 。 （ 三 ） 過壓保護電路 為了防止輸出電壓過高而損害負載 ,必須加過壓保護電路 ,其結(jié)構(gòu)如圖 413所示。為了防止高頻信號的干擾，采用了滯環(huán)比較器形式。逆變電源的數(shù)字化控制是今后發(fā)展的趨勢，是逆變電源研究的一個熱點。該控制方法具有良好的穩(wěn)態(tài)輸出特性和非常好的魯捧性，但由于自身的缺陷，控制上有一個輸出周期的延遲，因而動態(tài)響應效果非常差。 微分 D在 信號變化時有超前控制作用，代表了將來的信息，反映了誤差變化率，在過程開 始時強迫過程加速進行，過程結(jié)束時減小超調(diào)，克服振蕩，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加快系統(tǒng)的過渡過程。積分控制就是內(nèi)模原理的一個典型應用：眾所周知，含 有一階積分環(huán)節(jié)的控制 系統(tǒng)可以實現(xiàn)對階躍型指令的無靜差跟蹤。這個周期信號保持器如果引到反饋控制系統(tǒng)內(nèi) 華中科技大學文華學院畢業(yè)設計（論文） 24 部，并通過補償環(huán)節(jié)使系統(tǒng)穩(wěn)定，那么就有可能在一個周期內(nèi)跟蹤給定和消除擾動。圖54中， f為