【正文】 輸入正弦波參考信號(hào)， e為誤差信號(hào)， Y為輸出信號(hào)， cr 為重復(fù)控制器疊加于輸入 r上的校正量， PB（ z） 是控制對(duì)象的傳遞函數(shù)。為了 迅速有效地把誤差抵消掉。該方法簡單有效，與低通濾波器相結(jié)合可以構(gòu)成魯棒性較好的控制器。 重復(fù)控制雖然可以保證輸出波形精確跟蹤給定，但它卻有一個(gè)致命的弱點(diǎn)。重復(fù)控制具有對(duì)正弦給定信號(hào)近乎無靜差跟蹤的優(yōu)勢(shì)，輸出波形畸變率低，但由于對(duì)誤差的調(diào)節(jié)作用滯后 一個(gè)給定信號(hào)周期，達(dá)不到系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)速度的要求。隨著跟蹤誤差減小， PID調(diào)節(jié)器的控制作用逐漸減弱，直至系統(tǒng)達(dá)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。使系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，先采用比例控制器，PK 由小到大 逐漸改變直到系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。在程序當(dāng)中分配 N個(gè)存儲(chǔ)單元用來存放誤差值， N為一個(gè)周期的采樣次數(shù) 100次。在實(shí)際調(diào)試過程當(dāng)中，先將比例環(huán)節(jié)小一點(diǎn)， 以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，然后逐漸加大。確定數(shù)字 PID控制器參數(shù)，可以通過理論分析的方法，也可以采用實(shí)驗(yàn)方法，一般采用試湊法。這樣，在這一個(gè)周期中，雖然輸出波形質(zhì)量得不到很好保證但輸出電壓卻不至于產(chǎn)生突變。 [8] 改進(jìn)型重復(fù)控制 綜上所述，數(shù)字 PID控制和重復(fù)控制應(yīng)用到正弦波逆變電源系統(tǒng)中，既有自身的優(yōu)勢(shì)和特長，又都有局限性和不足。其控制思想是假定前一周期出現(xiàn)的輸出電壓波形畸變將在下一周期的同一時(shí)刻再次出現(xiàn)，控制器根據(jù)參考信號(hào)和輸出電壓反饋信號(hào) 的誤差來確定所需的校正信號(hào)，然后，在下一個(gè)基波周期將此校正信號(hào)疊加在原控制信號(hào)上，這樣就可以消除輸 出電壓的周期性畸變。所以關(guān)鍵是相位補(bǔ)償問題。 （ 3） 補(bǔ)償器 S(z) 補(bǔ)償器 S(z)是針對(duì)對(duì)象 PB（ z） 的特性而設(shè) 置 的 ,它是重復(fù)控制器重要的部分，對(duì)重復(fù)控制系 統(tǒng)的性能好壞有決定性影響。實(shí)際應(yīng)用中重復(fù)控制全都是以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)的 ，重復(fù)信號(hào)發(fā)生器的離散形式是 (55)式 : NzzGm ??? 1 1)( （ 55） 其等效結(jié)構(gòu)圖參見圖 53,每周期采樣次數(shù)為 N，以 N個(gè)單拍延時(shí)環(huán)節(jié) z1的串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)周期延時(shí)，這意味著微處理器要為實(shí)現(xiàn)重復(fù)信號(hào)發(fā)生器留出 N個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)一個(gè)周期的采樣值，這在以 DSP為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)中是很容易實(shí)現(xiàn)的。圖 52為其等效結(jié)構(gòu)圖，這是一個(gè)周期延遲正反饋環(huán)節(jié)，只要輸入信號(hào)以基波周期重復(fù)出現(xiàn)，該內(nèi)模的輸出就是對(duì)輸入信號(hào)的逐周期的累加。所以在逆變電源的控制當(dāng)中僅僅靠 PID數(shù)字控制還不能達(dá)到較好的效果，所以還需要采取其它的辦法。算法蘊(yùn)含了動(dòng)態(tài)控制過程中過去、現(xiàn)在和將來的主要信息，其中，比例 P代表了當(dāng)前的信息，起校正動(dòng)態(tài)偏差的作用，使過程反應(yīng)迅速。一旦系統(tǒng)參數(shù)出現(xiàn)較大波動(dòng)和系統(tǒng)模型建立不準(zhǔn)確，系統(tǒng)將出現(xiàn)很強(qiáng)的振蕩。若要實(shí)現(xiàn)逆變電源的并聯(lián)，則對(duì)電源的一致性要求更高，而模擬控制方式很難實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。 過流保護(hù)設(shè)置在 。由于本逆變電源主電路的特殊的結(jié)構(gòu) ,電壓的采樣點(diǎn)在雙向DC/DC與低頻全橋之間 ,采樣的電壓波形為正向 的饅頭波，所以在調(diào)理電路中不必采用精密整流電路或提升電壓的電路 ,這兩種電路增加了電路復(fù)雜程度 ,降低了精度 (對(duì)于精密整流電路，還要有極性判斷 ,電路復(fù)雜 ,對(duì)電壓提升電路降低了精度 )。 )提供正負(fù)電源。該驅(qū)動(dòng)電路的 2R 、 3R 分 別為 ? 及 10 ?K 檢測(cè)電路即 A/D采樣電路包括傳感器 A/D調(diào)理電路和片內(nèi) A/D轉(zhuǎn)換器。考慮到驅(qū)動(dòng)電路要隔離，兩個(gè)光耦采用獨(dú)立的電路供電，電源采用兩個(gè) DC/DC模塊NR24S15/100A來供電。一般可取電感的脈動(dòng)電流 Li? 為輸出電流的 15％，輸出電流約為 20A，所以 Li? 取 3A。在逆變電源的輸出濾波電路中，通常采用 r型低通濾波器，其電路如圖 49所示： LL XFLX ,12?? ?? ， 隨頻率升高而升高； CC XCX ),/(1 ?? 隨頻率升高而降低。相反，濾波參數(shù)選得過小，系統(tǒng)中的高頻分量得不到很好的抑制，輸出電壓不能滿足波形失真度的要求。 MOSFET功率器件一般選用三菱、富士、 APT、 IR公司的產(chǎn)品，如配套使用 IR公司的三相驅(qū)動(dòng)芯片 IR2130和 IR公司的 MOSFET可方便的構(gòu)成三相逆變器。是首選功率器件之一。逆變電路作為逆變電源的重要部分也是本文所討論的重點(diǎn)，以下主電路元件的選擇及參數(shù)的設(shè)計(jì)指的是逆變電路部分。 （ 4） 單極性的饅頭波，提高了采樣的精確度。 雙向 Buck 逆變電路的優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 雙向 直流變換器型高頻環(huán)節(jié)逆變器的電路結(jié)構(gòu)。 對(duì)于 Buck變換器，它的輸出電壓 V0=VinD(其中 ， Vin是輸入的直流電壓， D是主功率開關(guān)管 M1的占空比 )。圖中 PWMl 和 PWM3 同相， PwM2 和 PWM4 同相沒有移相，此時(shí)副邊輸出電壓最高，如果不計(jì)損耗，那么副邊的輸出電壓為 nVin，其中 n為變壓器的變比在這里變比為 2:l，這是滿調(diào)制時(shí)的輸出，此時(shí)副邊通過二極管來整流，即為不 控整流。 PWM控制 基于傳統(tǒng)空間矢量脈寬調(diào)制 (SPWM)控制的三相逆變器能夠獲得快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng) ,但實(shí) 現(xiàn)復(fù)雜 ,需要高速微處理器。 三相逆變電路工作原理 三相交流負(fù)載需要 三相逆變器，三相逆變器有兩種 電路結(jié)構(gòu)，其一為由三個(gè)單相逆變器組成一個(gè)三相逆變器。 （ 4）依據(jù)開關(guān)器件及其關(guān)斷（換流）方式的不同，可分為采用全控型開關(guān)的自關(guān)斷換流逆變器和采用晶閘管半控型開關(guān)的強(qiáng)迫關(guān)斷晶閘管逆變器兩類。逆變器的輸入是直流電，輸出為交流電。 [11] 本章小結(jié) 本章主要介紹了直流變換器高頻 環(huán)節(jié)逆變這種電路結(jié)構(gòu)，直流變換器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(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。仿真結(jié)果表明： (1)阻性滿載時(shí)，輸出電壓質(zhì)量高，如圖 24（ a）所示 2i 輕載或空載時(shí)，輸出 電壓近似為一方波，其原因是空載或輕載時(shí)，直流濾波電容C沒有放電回路或放電時(shí)間很大： (3)容性負(fù)載時(shí)，輸出電壓在某時(shí)間內(nèi)保持恒定，當(dāng)直流濾波電容和交流負(fù)載電容上的電壓相平衡時(shí)，均無放電回路，輸出電壓發(fā)生畸變，如圖 24(c)所示： (4)感性負(fù)載時(shí)，直流濾波電容 C和交流負(fù)載電感發(fā)生諧振，如圖 24(d)所示：因 此，該逆變器輸出電壓波形受負(fù)載影響很大，即負(fù)載適應(yīng)能力弱，僅適用于阻性滿載場(chǎng)合，不具有普遍適用意義。因此，單極性調(diào)制逆變器將比雙極性調(diào)制逆變器有更優(yōu)良的輸出頻譜特性、更小的輸出濾波器。低頻信號(hào)指的是控制單極性饅頭波倒向的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)是原理簡單，通用住強(qiáng)，控制和調(diào)節(jié)性能好，具有消除諧波、調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓的多重 作用，是一種較好的波形改善方法，它的出現(xiàn)為中小型逆變器的發(fā)展起了重要作用。 數(shù)字化逆變電源的控制 由于早期的微處理器運(yùn)算速度有限，逆變電源的核心控制仍然 需要模擬電路的參與，隨著電機(jī)控制專用 DSP的出現(xiàn)和控制理論的普遍發(fā)展，使得逆變電源的控制技術(shù)朝著數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，對(duì)于各種控制策略和控制算法的實(shí)現(xiàn)成為可能。近年來隨著大規(guī)模集成電路、現(xiàn)代可編程邏輯器件及數(shù)字信號(hào)處理器 (digital signal processor， SP)技術(shù)的發(fā)展，使逆變電源的全數(shù)字控制成為現(xiàn)實(shí)。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 1. 緒論 中頻逆變電源，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、艦船、雷達(dá)、通信、導(dǎo)彈、車輛等領(lǐng)域，其技術(shù)要求高，正向著高可靠性、輕量化、智能化模塊電源方向發(fā)展。 ○ 4 高效節(jié)能。逆變電源按照不同的分類方式可分為多種類型： （ 1） 按照逆變電源輸出交流的頻率，可以分為工頻逆變、中頻逆變和高頻逆變。 Modified Repetitive Control；inverter 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前言 電源系統(tǒng)是現(xiàn)代電子設(shè)備不可或缺的重要組成部分，運(yùn)用先進(jìn)功率電子器件及控制技術(shù)可以使逆變電源比傳統(tǒng)電源設(shè)備具備更好的穩(wěn)定性和可靠性。本文對(duì) 逆變 主電路 結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，然后重點(diǎn)以 Dsp2407A為核心的控制電路的設(shè)計(jì)及改 進(jìn) 型重復(fù)控制算法的實(shí)現(xiàn)。 目 前市場(chǎng)上的產(chǎn)品大都采用模擬控制方式，其中存在控電路元件多、靈活性差、一致性差等很多問題。隨著微電子技術(shù)與電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，逆變技術(shù)也從通過直流電動(dòng)機(jī)—— 交流發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方式逆變技術(shù)，發(fā)展到二十世紀(jì)六、七十年代的晶閘管逆變技術(shù)，而二十一世紀(jì)的逆變技術(shù)多數(shù)采用了 MOSFET、 IGBT、 GTO、 IGCT、 MCT 等多種先進(jìn)且易于控制的功率器件，控制電路也從模擬集成電路發(fā)展到單片機(jī)控制甚至采用數(shù)字信號(hào)處理器（ DSP）控制。 （ 3） 按照逆變電源輸出能量的去向，可以分為有源逆變電源和無源逆變電源。 現(xiàn) 代電源技術(shù)是綜合應(yīng)用了電力電子、電子與電磁技術(shù)、自動(dòng)控制及微處理器技術(shù)的一種多學(xué)科交叉技術(shù)。數(shù)字控制系統(tǒng)具有通用性好、抗干擾能力強(qiáng)、控制規(guī)律靈活、可實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制算法和便于實(shí)時(shí)控制等優(yōu)點(diǎn)。 (2)控制系統(tǒng)的可靠性提高，易于標(biāo)準(zhǔn)化，系統(tǒng)的一致性較好，便于調(diào)試、安裝等。本文的主要 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 內(nèi)容主要集 中在以下幾點(diǎn)： （ 1） 基 于雙向直流變換器高頻逆變技術(shù)的主電路的結(jié)構(gòu)，雙向的 DC/DC生成全波整流的正向的饅頭波，極性反轉(zhuǎn)逆變橋完成極性反轉(zhuǎn)，此電路結(jié)構(gòu)簡潔、功率雙向流動(dòng)、適應(yīng)負(fù)載能力強(qiáng)，幅值的調(diào)制與極性控制獨(dú)立實(shí)現(xiàn)，控制實(shí)現(xiàn)更加簡單。用幅值為 rU 的參考正弦波Ⅳ，與幅值為頻率為正的三角波 0U比較，產(chǎn)生功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 工作在雙極性脈寬調(diào)制方式下的逆變器的對(duì)角功率管同時(shí)開通和關(guān)斷，同一橋臂上的兩個(gè)開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通，所有功率管均為調(diào)頻開關(guān)。下面將對(duì)單向直流變換器和雙向直流變換器分別介紹 [4]。逆變器在不同負(fù)載時(shí)的仿真波形如圖 26所示 （ a）額定阻性負(fù)載 （ b）空載 （ c）額定容性負(fù)載 （ e）額定感性負(fù)載 圖 26 逆變器 不同負(fù)載時(shí)的輸出電壓，電感電流仿真波形 雙向 DC/DC 的二個(gè)開關(guān)管均為恒頻 SPWM 控制，二者交替工作。并且采用單極性的 SPWM調(diào)制，單極性調(diào)制逆變器將比雙極性調(diào)制逆變器有更優(yōu)良的輸出頻譜特性、更小的輸出濾波器。逆變器 應(yīng)用廣泛，類型很多。為保證電路正常工作， 1T 和 2T 兩個(gè)開關(guān) 管不應(yīng)同時(shí)處于通態(tài)， 4T 、 3T 兩管不應(yīng)同時(shí)處于通態(tài)，否則將出現(xiàn)直流側(cè)短路。三相逆變器的另一種電路結(jié)構(gòu) . 三相逆變器輸出電壓和波形的 SPWM控制 對(duì)于三相逆變器也可以采用本章第三節(jié)中單相逆變器的多脈波 PWM控制或 SPWM控制方式。該方法具有傳統(tǒng) SPWM快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn) ,且實(shí)現(xiàn)簡 單 [13]。 (三 ) C部分 (DC/AC) C部分即逆變電源中的逆變電路，它主要功能是完成 DC180V到 AC115Vrms/400Hz交流電壓的變換功能。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 （ a） 原邊門極驅(qū)動(dòng)波形 （ b）變壓器副邊波形 圖 44 原邊的門極驅(qū)動(dòng)波形及變壓器原邊波形 圖 45 C部分電路圖 圖 46 C 部分的結(jié)構(gòu)圖 （ a） Buck 電路 （ b） Boost 電路 47（ c） 雙 向直流 buck 變換器 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 雙向 Buck 變換器由兩個(gè) MOSFET 的開關(guān)管器件及 D D2 二極管組成。但是這個(gè)電路有二個(gè)主功率開關(guān)管工作在高頻狀態(tài)，后面的全橋電路的四個(gè)開關(guān)管都是以很低的頻率工作，而且 都是在電壓過零的時(shí)候開關(guān)，其開關(guān)損耗幾乎為零。幅值控制與相位控制實(shí)現(xiàn)了分離解耦，控制起來更簡單。 (1)開關(guān)元件的設(shè)計(jì) 功率半導(dǎo)體器件在構(gòu)成機(jī)理、開關(guān)特性和功率上不斷出新，逆變器的開關(guān)頻率不斷提高。 功率雙極型晶體管 GTR是電流控制的半導(dǎo)體電力電子器件。綜上，系統(tǒng)直流側(cè)輸出電壓約為 U=180V，考慮電壓尖峰影響和留有一定裕量，可以選擇 400V的 MOSFET器件。為了滿足以上的幾點(diǎn)要求，可以通過以下兩個(gè)途徑設(shè)計(jì)濾波器的參數(shù)。由于 CK ff ?? ，故 CC KKK ??? ,/1?? K , ? K L對(duì)最低次諧波信 號(hào)阻力很大； 1/? K C對(duì)最低諧波 1 信號(hào)分流大，因此濾波器不允許最低次諧波信號(hào)通過，更不允許高于最低次諧波次數(shù)的信號(hào)通過。功率元件的驅(qū)動(dòng)電路必須具備兩個(gè)功能：一是實(shí)現(xiàn)控制電路與被驅(qū)動(dòng)的 IGBT柵極或者 MOSFET柵極間 的電隔離；二是提 供合適的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖電流。因此，應(yīng)根據(jù)電流容量和電壓額定值及開關(guān)頻率的不同，來選擇合適的 R2阻值， 通常選 取 1R 為 幾歐至幾百歐。而且霍爾傳感器的優(yōu)點(diǎn)十分顯著 :電氣隔離性能好、測(cè)量精度高、 線性度好，抗外界電磁溫度等因素的干擾能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快 。 C1為 濾波電容。過壓保護(hù)根據(jù)要求設(shè)置在 180V，由于輸出過壓時(shí)對(duì)負(fù)載影響很大，因此要求過壓時(shí)逆變器迅速關(guān)斷。 本章小結(jié) 本章對(duì)逆變電源的主電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并重點(diǎn)分析了逆變部分的電路結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)， BUCK直流變換器可以看成是由 Buck及 Boost電路結(jié)合而成，實(shí)現(xiàn)了雙向功率流，不僅可帶阻性負(fù)載而且可帶一定的容性及感性負(fù)載。大規(guī)模集成電路、可編程邏輯器件及數(shù)字信號(hào)處理器技術(shù)的發(fā)展，給數(shù)字化 控制的研究和發(fā)展提供了機(jī)