【正文】 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52 重復(fù)新號發(fā)生器（S域形式）當(dāng)這樣一個環(huán)節(jié)置于反饋控制系統(tǒng)的前向通道時，它起到的作用與積分環(huán)節(jié)是相似的，都是對誤差的一種累加效果。只不過重復(fù)信號發(fā)生器是對誤差進行以周期為步長的累加，而積分壞節(jié)是對誤差進行連續(xù)時聞的累加。與積分控制機理類似，包含重復(fù)信號發(fā)生器的逆變電源波形控制系統(tǒng)，當(dāng)指令波形和反饋波形不一致時，控制量(即SPWM調(diào)制信號)幅度會逐周期、無限制的變化(暫不考慮限幅的作用)。若系統(tǒng)是穩(wěn)定的，則可以斷定穩(wěn)念時誤差為零，即反饋波形與指令波形重合，既沒有幅值偏差也沒有相位滯后。逆變電源重復(fù)控制要求輸出電壓誤差為零時，內(nèi)模仍能產(chǎn)生逐周期重復(fù)的控制作用，以消除重復(fù)性電流擾動的影響。實際應(yīng)用中重復(fù)控制全都是以數(shù)字方式實現(xiàn)的，重復(fù)信號發(fā)生器的離散形式是(55)式: （55）NzGm??1)(其等效結(jié)構(gòu)圖參見圖53,每周期采樣次數(shù)為N，以N個單拍延時環(huán)節(jié)z1的串聯(lián)來實現(xiàn)周期延時，這意味著微處理器要為實現(xiàn)重復(fù)信號發(fā)生器留出N個數(shù)據(jù)存儲單元存儲一個周期的采樣值，這在以DSP為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)中是很容易實現(xiàn)的。圖53 重復(fù)信號發(fā)生器（Z域形式） 重復(fù)控制器的結(jié)構(gòu)重復(fù)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(fù)控制器。圖54中，f為輸入正弦波參考信號，e為誤差信號，Y為輸出信號， 為重復(fù)控制器疊加cr于輸入r上的校正量，PB（z）是控制對象的傳遞函數(shù)。當(dāng)誤差e周期的重復(fù)出現(xiàn)時，控制器的輸出逐周期累加，當(dāng)e為零時，控制器的輸出并不消失，只是停止變化，維持并周期性的輸出上周期的波形．重復(fù)控制器可以看作是一個嵌入部件，它檢測系統(tǒng)的重復(fù)性誤差c，然后通過在原有指令上疊加校正量 來減小誤差。下面將對重復(fù)控制器的cr每一部分作詳細的介紹。華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）26圖 54 重復(fù)控制器結(jié)構(gòu)圖（1）Q(z)濾波器圖54所示為離散化的重復(fù)信號發(fā)生器,可視為以周期為步長的純積分環(huán)節(jié)。設(shè)置了濾波器O(z),它可以是一個低通濾波器,也可以簡單的取為一個略小于1的常數(shù)，以減弱積分效果,能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（2）周期延遲環(huán)節(jié)z周期延時環(huán)節(jié)z使控制動作延時一個周期進行,即本周期檢測到的誤差信息在下一周期才開始影響控制量,這將使系統(tǒng)下一周期的控制作用具有一定的超前性。（3）補償器S(z)補償器S(z)是針對對象PB（z）的特性而設(shè)置的,它是重復(fù)控制器重要的部分，對重復(fù)控制系統(tǒng)的性能好壞有決定性影響。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(wù)。為了迅速有效地把誤差抵消掉。所給出的控制量必需是相位正確、幅值恰當(dāng),二者缺一不可?？刂屏康南辔换蚍挡缓线m，都會影響波形校正效果甚至系統(tǒng)的穩(wěn)定。由此可知,S(z)的作用就是提供相位補償和幅值補償，以保證重復(fù)控制系統(tǒng)穩(wěn)定，并在此基礎(chǔ)上改善波形校正效果。顯然，補償器S(z)的相頻特性最好是對象PB（z）相頻特性的逆特性,對消控制對象PB（z）所有的零、極點,此時,基于檢測到的誤差幅值、相位，系統(tǒng)即可依據(jù)S(z)求出合適的控制量，在一個周期時問內(nèi)完全消除誤差。對于幅值補償，只要適當(dāng)調(diào)整補償器的增益，就可以達到需要的補償量。所以關(guān)鍵是相位補償問題。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) 的超前相位特性來補償控制對象的相位滯KZ后。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。由于系統(tǒng)前向通道設(shè)置了周期延遲環(huán)節(jié)ZN，使得前向通道上的其他環(huán)節(jié)可以等效地實現(xiàn)分子階次高于分母階次，理論上說這個階次差可達N。這一現(xiàn)象的實質(zhì)是：由于假定了指令和擾動為重復(fù)性的，所以本來無法“超前實施”的控制量，可以通過延遲至下一周期適當(dāng)時刻而獲得超前性。總的說來，補償器S(z)要達到的目的是使校正后的對象中低增益接近于l。而高頻增益則盡快下降，同時系統(tǒng)在整個中低頻前向通道的總相移盡量小。 重復(fù)控制器的特點華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）27逆變器采用重復(fù)控制的目的是為了消除因整流橋負載引起的輸出電壓波形周期性的畸變。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刻再次出現(xiàn)，控制器根據(jù)參考信號和輸出電壓反饋信號的誤差來確定所需的校正信號，然后，在下一個基波周期將此校正信號疊加在原控制信號上，這樣就可以消除輸出電壓的周期性畸變。重復(fù)控制器可以消除周期性干擾產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差。重復(fù)控制雖然可以保證輸出波形精確跟蹤給定，但它卻有一個致命的弱點。由圖54可以看出，重復(fù)控制得到的控制指令并不是立即輸出，而是滯后一個參考周期后才輸出。這樣，如果系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)干擾，消除干擾對輸出的影響至少要一個參考周期。干擾出現(xiàn)后的一個參考周期內(nèi)，系統(tǒng)對干擾并不產(chǎn)生任何調(diào)節(jié)作用，這一個周期系統(tǒng)近乎處于開環(huán)控制狀態(tài)。最嚴重的情況是輸入直流電壓突然跌落或上升，如圖，此后一個周期Y基本保持不變，必然造成輸出交流電壓跟隨直流輸入電壓出現(xiàn)大范圍跌落或上升。因此，如何解決重復(fù)控制動態(tài)響應(yīng)速度慢的問題，是重復(fù)控制系統(tǒng)設(shè)計中的一個關(guān)鍵。 [8] 改進型重復(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)勢和特長，又都有局限性和不足。數(shù)字PID控制對跟蹤誤差立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，響應(yīng)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(fù)控制具有對正弦給定信號近乎無靜差跟蹤的優(yōu)勢，輸出波形畸變率低，但由于對誤差的調(diào)節(jié)作用滯后一個給定信號周期，達不到系統(tǒng)對響應(yīng)速度的要求。根據(jù)這種情況，本文提出了一種基于PID控制和重復(fù)控制的改進型重復(fù)控制策略，保證了系統(tǒng)具有較快的動態(tài)響應(yīng)速度和較高的輸出波形質(zhì)量?；赑ID控制和重復(fù)控制的復(fù)合控制框圖如圖55所示。該方案中，PID調(diào)節(jié)器和重復(fù)控制器并聯(lián)在控制系統(tǒng)的前向通道中，共同對系統(tǒng)的輸出產(chǎn)生影響。一方面，當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定運行狀態(tài)，系統(tǒng)的跟蹤誤差小，PID調(diào)節(jié)器輸出的控制作用很小，基本上不對系統(tǒng)產(chǎn)生影響．這時，系統(tǒng)運行所需的控制作用大多由重復(fù)控制器提供，控制作用是N個積分調(diào)節(jié)器對歷史誤差累加作用的結(jié)果。另一方面，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)大的擾動作用，如系統(tǒng)載荷突變或直流電壓突變，跟蹤誤差突然變大，由于有一個參考周期的延時，重復(fù)控制器輸出不產(chǎn)生變化，但PID控制器卻感受到跟蹤誤差的突變并立即產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。這樣，在這一個周期中，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。一個周期過后，重復(fù)控制器產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用使跟蹤誤差減小。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)達到新的穩(wěn)定運行狀態(tài)。根據(jù)控制理論，復(fù)合控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決于各子系統(tǒng)的穩(wěn)定性。只要PID控制器和重復(fù)控制器單獨起作用時系統(tǒng)是穩(wěn)定的，那么復(fù)合控制作用的結(jié)果系統(tǒng)仍然是的。華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）28 圖 55 改進型重復(fù)控制器 改進型重復(fù)控制器參數(shù)設(shè)定改進型重復(fù)控制器參數(shù)的設(shè)定可以分為兩部分，即PID的參數(shù)設(shè)定和重復(fù)控制參數(shù)的設(shè)定，在實際的設(shè)計當(dāng)中這兩部分可分別設(shè)計，即先設(shè)計PID控制器各參數(shù)，然后加入重復(fù)控制器并調(diào)整各個參數(shù)。 PID控制器參數(shù)的設(shè)計數(shù)字PID控制器的主要參數(shù)是 、 和 。如何確定控制器的參數(shù)，使整個系PKiD統(tǒng)具有滿意的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)特性，是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。確定數(shù)字PID控制器參數(shù)，可以通過理論分析的方法，也可以采用實驗方法，一般采用試湊法。這是到目前為止應(yīng)用最為廣泛，最為有效的一種PID參數(shù)調(diào)整方法。使系統(tǒng)進行實際運行狀態(tài)，先采用比例控制器， 由小到大逐漸改變直到系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。如果此時可以得到滿意的系統(tǒng)特性，PK表明只采用比例調(diào)節(jié)器即可。如果系統(tǒng)的動態(tài)特性和穩(wěn)念精度不能滿足要求，可采用Pl調(diào)節(jié)器。開始時把參數(shù) 設(shè)的小一些，然后反復(fù)調(diào)整 、 ，直到達到滿意的性iKPKi能為止，在本設(shè)計中采用PI控制能達較好的動態(tài)性能。 重復(fù)控制器的參數(shù)重復(fù)控制器的參數(shù)設(shè)計，參數(shù)的設(shè)定主要是S(z)即補償器的設(shè)計，它主要包括幅值的補償及相位的補償。幅值的補償即調(diào)整增益，相當(dāng)于設(shè)定一個比例環(huán)節(jié)，比例環(huán)節(jié)弱的話，則穩(wěn)定裕度增大，同時收斂速度變慢且穩(wěn)態(tài)誤差有所上升， 需要多于一個周期才能消除誤差。在實際調(diào)試過程當(dāng)中，先將比例環(huán)節(jié)小一點，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，然后逐漸加大。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(dāng)中補償量以p來表示。在程序當(dāng)中分配N個存儲單元用來存放誤差值，N為一個周期的采樣次數(shù)100次。 改進型重復(fù)控制前饋補償為了提高控制系統(tǒng)設(shè)計的穩(wěn)定裕量，本文應(yīng)用了基于前饋補償?shù)母倪M型重復(fù)控制方法，利用給定前饋改善了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)跟蹤速度，減小了輸出電壓的畸變。系統(tǒng)的控制框圖如圖所示，系統(tǒng)輸出脈寬控制量由兩部分組成：一是比例積分與重復(fù)控制調(diào)節(jié)器，它起到調(diào)節(jié)瞬態(tài)跟蹤誤差，減小諧波畸變的作用；二是給定前饋，它輸出一個恒華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）29定的控制量，這個控制量由給定量得出，相當(dāng)于開環(huán)控制，在系統(tǒng)中起到減小穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差的目的。在改進型重復(fù)控制器設(shè)計當(dāng)中有幾點考慮，包括限位問題、補償問題等，我們將在后面的程序設(shè)計當(dāng)詳細分析 [7] 本章小結(jié)本章詳細介紹了改進型重復(fù)控制算法，改進型重復(fù)控制可以看成是PID控制與重復(fù)控制的結(jié)合，特別是重復(fù)控制對于逆交電源的恒壓輸出起到重要的作用，由于PID控制具有較好動態(tài)響應(yīng)，但對于正弦電壓卻不能起到較好控制效果，所以引入了重復(fù)控制；重控制主要針對非線性負載而設(shè)計，確保輸出電壓波形的穩(wěn)定，但重復(fù)控制動態(tài)響應(yīng)不好，特別是對負載的突變不能及時響應(yīng)，所示將兩者結(jié)合起來，從而實現(xiàn)了較好動態(tài)特性及穩(wěn)態(tài)特性。華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）30結(jié)束語400Hz逆變電源主要的應(yīng)用領(lǐng)域是航空專用電源，本文對逆變電源的主電路結(jié)構(gòu)進行了詳細的分析，并重點分析了逆變部分的電路結(jié)構(gòu)及其特點，BUCK直流變換器可以看成是由Buck及Boost電路結(jié)合而成，實現(xiàn)了雙向功率流，不僅可帶阻性負載而且可帶一定的容性及感性負載。同時介紹了電源其它電路，包括驅(qū)動電路、檢測電路，保護電路等由于其應(yīng)用的特殊性也就對其提出了更高的要求，為了滿足這種要求提高其性能，本文提出了新的設(shè)計方法和改進措施，主要包括逆變電路新穎設(shè)計、控制電路的數(shù)字化及控制方法的改進。此次畢業(yè)設(shè)計我學(xué)到了很多課本上學(xué)不到的只是，buck電路，以及許多電力電子方面的知識，逆變電源應(yīng)用廣泛，不僅僅是我國也在世界上引起了很大的效應(yīng)，我選到這個論文題目對今后的學(xué)習(xí)有很大的幫助。尚待解決的問題：對于逆變電源的設(shè)計達到預(yù)期的目的，但還存在一些需要解決的問題。（1）在程序的設(shè)計過程中，對于輸出電壓的采樣及控制都是在開關(guān)周期中進行的，由于Dsp21407A速度及開關(guān)頻率的限制，使得開關(guān)周期過程中的程序設(shè)計必須精簡、高效，這也使得程序設(shè)計受到了一定的限制。（2）電源可帶一定程度的感性及容性負載，但當(dāng)感性負載過大時，會出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，這一點還需進一步改進。華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）31參考文獻[1] 陳國呈．PWM 變頻調(diào)速技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998[2] 熊雅紅，陳道煉. 新穎的雙向功率流高頻環(huán)節(jié) DCAC 逆變器[J] .電力電子技術(shù),2022,5:4347[3] [M].中國電力出版社，2022[4] 逆變技術(shù)及應(yīng)用[M].機械工業(yè)出版社，2022[5][J].電力電子技術(shù),1998:3,49—50[6]張勁松等．基于 DSP 的全數(shù)字化單相在線式 UPS 的設(shè)計[J].電力電子技術(shù)，2022,3:56～58．[7]劉和平. TMS320LF240xDSP 結(jié)構(gòu),原理及應(yīng)用[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2022[8]張占松．高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源[M]. 廣東科技出版社，1992[9] 陳堅．電力電子學(xué)[M]. 高等教育出版社,2022.[10]葉治政．開關(guān)穩(wěn)壓電源[M].高等教育出版社,1988[11]嚴仰光．航空航天器供電系統(tǒng)[J].航空工業(yè)出版社,1995,3:59—60[12][M].南京航空航天大學(xué),2022[13]阮新波，嚴仰光著．脈寬調(diào)制 DC/DC 全橋變換器的軟開關(guān)技術(shù)[J].科學(xué)出版社，1999,9:1314[14]嚴伸光．航空航天器供電系統(tǒng)[M].航空工業(yè)出版社,1995[15]高軍,黎輝,楊旭,[J].電工技術(shù),1994,2:5697[16]石健將,龔春英,嚴仰光,岳衛(wèi)峰．6kVA單相航空靜止變流器研制[J].電力電子技術(shù)，2022,10:1215[17]程永華,楊成林,徐德鴻．基于 DSP 變壓變頻電源設(shè)計[M].電力電子技術(shù),2022華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）32 致 謝經(jīng)過本次畢業(yè)設(shè)計，我從知道老師老師身上學(xué)了很多東西，深知自己的水平多么的有限，要做好這篇論文多虧了張老師的細心指導(dǎo)，在做畢業(yè)設(shè)計的過程中有許多不太清楚的問題通過查閱資料和問老師同學(xué)們解決，學(xué)到了許多理論知識，同時也加強了自己的動手能力，收獲豐富，畢業(yè)論文是每個畢業(yè)生都必須做的，經(jīng)過這次論文的設(shè)計讓我了解了許多大學(xué)四年沒有學(xué)到知識。十分感謝學(xué)校及我的導(dǎo)師張老師給我的這次機會讓我加深學(xué)習(xí)。此次論文還有不足之處，在今后的學(xué)習(xí)中我會更加努力認真掌握更多知