【正文】 。十分感謝學校及我的導師張老師給我的這次機會讓我加深學習。（2）電源可帶一定程度的感性及容性負載，但當感性負載過大時，會出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，這一點還需進一步改進。尚待解決的問題：對于逆變電源的設計達到預期的目的，但還存在一些需要解決的問題。同時介紹了電源其它電路，包括驅動電路、檢測電路，保護電路等由于其應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，本文提出了新的設計方法和改進措施，主要包括逆變電路新穎設計、控制電路的數(shù)字化及控制方法的改進。在改進型重復控制器設計當中有幾點考慮，包括限位問題、補償問題等，我們將在后面的程序設計當詳細分析 [7] 本章小結本章詳細介紹了改進型重復控制算法，改進型重復控制可以看成是PID控制與重復控制的結合，特別是重復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，但對于正弦電壓卻不能起到較好控制效果，所以引入了重復控制；重控制主要針對非線性負載而設計，確保輸出電壓波形的穩(wěn)定，但重復控制動態(tài)響應不好，特別是對負載的突變不能及時響應，所示將兩者結合起來，從而實現(xiàn)了較好動態(tài)特性及穩(wěn)態(tài)特性。 改進型重復控制前饋補償為了提高控制系統(tǒng)設計的穩(wěn)定裕量，本文應用了基于前饋補償?shù)母倪M型重復控制方法，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。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。幅值的補償即調整增益，相當于設定一個比例環(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。開始時把參數(shù) 設的小一些，然后反復調整 、 ，直到達到滿意的性iKPKi能為止，在本設計中采用PI控制能達較好的動態(tài)性能。如果此時可以得到滿意的系統(tǒng)特性，PK表明只采用比例調節(jié)器即可。這是到目前為止應用最為廣泛，最為有效的一種PID參數(shù)調整方法。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)設計的關鍵。華中科技大學文華學院畢業(yè)設計（論文）28 圖 55 改進型重復控制器 改進型重復控制器參數(shù)設定改進型重復控制器參數(shù)的設定可以分為兩部分，即PID的參數(shù)設定和重復控制參數(shù)的設定，在實際的設計當中這兩部分可分別設計，即先設計PID控制器各參數(shù)，然后加入重復控制器并調整各個參數(shù)。根據(jù)控制理論，復合控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性取決于各子系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一個周期過后，重復控制器產生調節(jié)作用使跟蹤誤差減小。另一方面，當系統(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，重復控制器輸出不產生變化，但PID控制器卻感受到跟蹤誤差的突變并立即產生調節(jié)作用。該方案中，PID調節(jié)器和重復控制器并聯(lián)在控制系統(tǒng)的前向通道中，共同對系統(tǒng)的輸出產生影響。根據(jù)這種情況，本文提出了一種基于PID控制和重復控制的改進型重復控制策略，保證了系統(tǒng)具有較快的動態(tài)響應速度和較高的輸出波形質量。數(shù)字PID控制對跟蹤誤差立即產生調節(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。因此，如何解決重復控制動態(tài)響應速度慢的問題，是重復控制系統(tǒng)設計中的一個關鍵。干擾出現(xiàn)后的一個參考周期內，系統(tǒng)對干擾并不產生任何調節(jié)作用，這一個周期系統(tǒng)近乎處于開環(huán)控制狀態(tài)。由圖54可以看出，重復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。重復控制器可以消除周期性干擾產生的穩(wěn)態(tài)誤差。 重復控制器的特點華中科技大學文華學院畢業(yè)設計（論文）27逆變器采用重復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?？偟恼f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。由于系統(tǒng)前向通道設置了周期延遲環(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。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。對于幅值補償，只要適當調整補償器的增益，就可以達到需要的補償量。由此可知,S(z)的作用就是提供相位補償和幅值補償，以保證重復控制系統(tǒng)穩(wěn)定，并在此基礎上改善波形校正效果。所給出的控制量必需是相位正確、幅值恰當,二者缺一不可。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。（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。華中科技大學文華學院畢業(yè)設計（論文）26圖 54 重復控制器結構圖（1）Q(z)濾波器圖54所示為離散化的重復信號發(fā)生器,可視為以周期為步長的純積分環(huán)節(jié)。當誤差e周期的重復出現(xiàn)時，控制器的輸出逐周期累加，當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．重復控制器可以看作是一個嵌入部件，它檢測系統(tǒng)的重復性誤差c，然后通過在原有指令上疊加校正量 來減小誤差。圖53 重復信號發(fā)生器（Z域形式） 重復控制器的結構重復控制系統(tǒng)的結構框圖54如圖所示，其中虛線框內的結構即為重復控制器。逆變電源重復控制要求輸出電壓誤差為零時，內模仍能產生逐周期重復的控制作用，以消除重復性電流擾動的影響。與積分控制機理類似，包含重復信號發(fā)生器的逆變電源波形控制系統(tǒng)，當指令波形和反饋波形不一致時，控制量(即SPWM調制信號)幅度會逐周期、無限制的變化(暫不考慮限幅的作用)。圖52 重復新號發(fā)生器（S域形式）當這樣一個環(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。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，該內模仍然會持續(xù)不斷的華中科技大學文華學院畢業(yè)設計（論文）25逐周期重復輸出與上周期波形相同的信號。因此，重復控制采用“重復信號發(fā)生器”作為內模，其s域形式為： （54）LSesGm??1)(其中L為逆變器輸出基波周期。以此類推，如果系統(tǒng)要實現(xiàn)對正弦信號的無靜差跟蹤，那么正弦函數(shù)模型必須包含在穩(wěn)定的系統(tǒng)傳遞函數(shù)內。積分環(huán)節(jié)1/S正是一個階躍信號保持器，這才是它可以實現(xiàn)對階躍指令的無靜差跟蹤的根本原因。 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模原理的控制策略，內模原理指出：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)內部。(3)采樣和計算延時使得被控系統(tǒng)成為一個具有純時間滯后的系統(tǒng)，造成了PID控制器穩(wěn)定域減少，增加了設計難度。圖51 PID 控制結構圖以和式代替積分，以增量代替微分，將式離散化，得到(53)式 （53）????KjP kekdeikU0 )]1()[)()()((1)跟蹤信號為快速變化的J下弦波，理論上系統(tǒng)是一個有差系統(tǒng),不可能做到無靜差跟蹤。模擬式PID控制算法的表達式為(51)式， （51）])()(1)([)( dtetetKtUDiP????其中，u(t)為控制器的輸出信號，e(t)為誤差信號， 是比例系數(shù)，Ti是積分時間常PK華中科技大學文華學院畢業(yè)設計（論文）24數(shù)， 是微分時問常數(shù)。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。PID控制器是一種線性控制器。本文詳細分析了數(shù)字PID控制和重復控制兩種控制方法，并將它們結合在一起，形成了一種新的改進行型重復控制方案 [11]。從上述分析可以看出，每一種控制方案都有其特長，但都在某些方面存在某些問題。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。但是，無差拍控制具有一個明顯的缺點：對系統(tǒng)參數(shù)變動反應靈敏，即系統(tǒng)的魯棒性較差。無差拍控制是一種基于電路方程的控制方法，80年代末期引入到正弦波逆變電源控制系統(tǒng)中來。大規(guī)模集成電路、可編程邏輯器件及數(shù)字信號處理器技術的發(fā)展，給數(shù)字化控制的研究和發(fā)展提供了機會．在正弦波逆變電源系統(tǒng)的控制方案中，目前比較實用的有三種，即數(shù)字PID控制、無差拍控制和重復控制PID控制是一種具有幾十年應用經驗的控制算法，它在模擬控制正弦波逆變電源系統(tǒng)中已經得到了廣泛的應用。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。連續(xù)時間控制策略是用模擬電路實現(xiàn)的，在實際應用中模擬控制電路結構復雜，因為所使用的器件各自的特性差異致使各電源的參數(shù)和特性有所差異，電源的一致性不好。華中科技大學文華學院畢業(yè)設計（論文）22圖412 采樣電路華中科技大學文華學院畢業(yè)設計（論文）235 改進型重復控制逆變電源控制系統(tǒng)的設計大都采用反饋控制技術。 本章小結本章對逆變電源的主電路結構進行了詳細的分析，并重點分析了逆變部分的電路結構及其特點，BUCK直流變換器可以看成是由Buck及Boost電路結合而成，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。過流保護也是可恢復的。這種保護方式是可恢復性的,當輸出電壓的有效值低于基準時,系統(tǒng)重新工作。過壓保護具體的工作原理為：輸出電壓經霍爾傳感器、調理電路到過壓保護電路，逆變器正常工作時,采樣電壓低于過壓基準,比較器輸出高電平。（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,其結構如圖413所示。由于本逆變電源主電路的特殊的結構,電壓的采樣點在雙向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雜程度,降低了精度(對于精密整流電路，還要有極性判斷,電路復雜,對電壓提升電路降低了精度)。OUT??V采樣=(3/200) VOUT?從而基準電壓VREF=(V采樣/3) 1023即程序中給基準電壓值。采樣電路的參數(shù)的確定：對于原邊10mA電流，副邊電流為25mA；原邊電壓為200V，在副邊得到3V電壓，R1=200V/10mA=20 ,R2=3V/25mA= 。電阻R2實現(xiàn)此功能。)提供正負電源。LV28P需要177。體積小,安裝方便簡單。（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，所以經比較后使用LEM公司的電壓、電流傳感器模塊。該驅動電路的 、 及102R3?K檢測電路即A/D采樣電路包括傳感器A/D調理電路和片內A/D轉換器。在驅動信號開路時， 將保持低電平，如3 3R果 太小，會使器件開通時間變大，降低了開關頻率。MOSFET屬電壓控制器件，當漏源極1R問加有高壓時，易受外界干擾，使柵源電壓超過 而引起器件導通，尤其在有上下GSU橋臂的變換器或逆變器中，很容易造成同臂短路。為了改善控制脈沖的前后華中科技大學文華學院畢業(yè)設計（論文）20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 ，當 增2R2大時，會引起MOSFET的通斷時間延長，能耗增加，減小 ，會使di/dt增大,可能引起2RMOSFET的誤導通或損壞?？紤]到驅動電路要隔離，兩個光耦采用獨立的電路供電，電源采用兩個DC/DC模塊NR24S15/100A來供電。圖410中選用的TLP250就是專門用來驅動小功率MOSFET的驅動器，開通、關斷的邊沿時闖也不過200～300ns，有較快的反應時間和可靠性。實現(xiàn)電隔離可采用脈沖變壓器或光電耦合器等。F?4 驅動、保護、測量電路電力電子器件的驅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。一般可取電感的脈動電流 為輸出電流的15％，Li?輸出電流約為20A，所以 取3A。由電源的額定輸出功率2KW，輸出電壓為115V，可得 ??PURL KHZfC410/? 由式(42)(43)可得L約為 ～ ，C約為 7～ 。由（41)可以推導出L、C計算公式，現(xiàn)推導如下： (43)LLfC??2/)2/(1?令 特性阻抗 則:??L= (44)Cf?/因為 =L/C2所以 （45）2/L?將(42)帶入上式可得 Cf?2/1?由(43)可見，只要知道 、P的值，便可計算出L、C。由于 ，故，w1L對基波信號阻力很??；1/( C)對基波信號分流Cf1fC 1?很小，因此允許基波信號通過。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： ，隨頻率升高而升高； 隨頻率升高而降低。根據(jù)濾波器的阻帶與通帶的位置，濾波器可分為：低通濾波器、高Cf通濾波器、帶通濾波器。濾波器是一種具有選擇性的四端網(wǎng)絡，它允許某些頻率信號通過，而不允許另一些頻率信號通過。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。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?？紤]到電流紋波以及反并聯(lián)二極管反