【正文】 十分感謝學(xué)校及我的導(dǎo)師張老師給我的這次機(jī)會(huì)讓我加深學(xué)習(xí)。（2）電源可帶一定程度的感性及容性負(fù)載，但當(dāng)感性負(fù)載過大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，這一點(diǎn)還需進(jìn)一步改進(jìn)。尚待解決的問題：對(duì)于逆變電源的設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)期的目的，但還存在一些需要解決的問題。同時(shí)介紹了電源其它電路，包括驅(qū)動(dòng)電路、檢測(cè)電路，保護(hù)電路等由于其應(yīng)用的特殊性也就對(duì)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(jì)方法和改進(jìn)措施，主要包括逆變電路新穎設(shè)計(jì)、控制電路的數(shù)字化及控制方法的改進(jìn)。在改進(jìn)型重復(fù)控制器設(shè)計(jì)當(dāng)中有幾點(diǎn)考慮，包括限位問題、補(bǔ)償問題等，我們將在后面的程序設(shè)計(jì)當(dāng)詳細(xì)分析 [7] 本章小結(jié)本章詳細(xì)介紹了改進(jìn)型重復(fù)控制算法，改進(jìn)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(duì)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(dòng)態(tài)響應(yīng)，但對(duì)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(duì)非線性負(fù)載而設(shè)計(jì)，確保輸出電壓波形的穩(wěn)定，但重復(fù)控制動(dòng)態(tài)響應(yīng)不好，特別是對(duì)負(fù)載的突變不能及時(shí)響應(yīng)，所示將兩者結(jié)合起來，從而實(shí)現(xiàn)了較好動(dòng)態(tài)特性及穩(wěn)態(tài)特性。 改進(jìn)型重復(fù)控制前饋補(bǔ)償為了提高控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定裕量，本文應(yīng)用了基于前饋補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)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。對(duì)于相位的補(bǔ)償十分重要，它決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，相位的補(bǔ)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(bǔ)償控制對(duì)象的相位滯后，在程序當(dāng)中補(bǔ)償量以p來表示。幅值的補(bǔ)償即調(diào)整增益，相當(dāng)于設(shè)定一個(gè)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(shí)收斂速度變慢且穩(wěn)態(tài)誤差有所上升， 需要多于一個(gè)周期才能消除誤差。開始時(shí)把參數(shù) 設(shè)的小一些，然后反復(fù)調(diào)整 、 ，直到達(dá)到滿意的性iKPKi能為止，在本設(shè)計(jì)中采用PI控制能達(dá)較好的動(dòng)態(tài)性能。如果此時(shí)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。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。如何確定控制器的參數(shù)，使整個(gè)系PKiD統(tǒng)具有滿意的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。 圖 55 改進(jìn)型重復(fù)控制器 改進(jìn)型重復(fù)控制器參數(shù)設(shè)定改進(jìn)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(shí)際的設(shè)計(jì)當(dāng)中這兩部分可分別設(shè)計(jì)，即先設(shè)計(jì)PID控制器各參數(shù)，然后加入重復(fù)控制器并調(diào)整各個(gè)參數(shù)。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。一個(gè)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。另一方面，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)大的擾動(dòng)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(gè)參考周期的延時(shí)，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。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(duì)系統(tǒng)的輸出產(chǎn)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(fù)控制的改進(jìn)型重復(fù)控制策略，保證了系統(tǒng)具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和較高的輸出波形質(zhì)量。數(shù)字PID控制對(duì)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(yán)重。因此，如何解決重復(fù)控制動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢的問題，是重復(fù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵。干擾出現(xiàn)后的一個(gè)參考周期內(nèi)，系統(tǒng)對(duì)干擾并不產(chǎn)生任何調(diào)節(jié)作用，這一個(gè)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(fù)控制得到的控制指令并不是立即輸出，而是滯后一個(gè)參考周期后才輸出。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)控制器的特點(diǎn)逆變器采用重復(fù)控制的目的是為了消除因整流橋負(fù)載引起的輸出電壓波形周期性的畸變?？偟恼f來，補(bǔ)償器S(z)要達(dá)到的目的是使校正后的對(duì)象中低增益接近于l。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(shí)現(xiàn)分子階次高于分母階次，理論上說這個(gè)階次差可達(dá)N。通過前面分析，我們知道控制對(duì)象逆變器PB(z)是一個(gè)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(bǔ)償控制對(duì)象的相位滯KZ后。對(duì)于幅值補(bǔ)償，只要適當(dāng)調(diào)整補(bǔ)償器的增益，就可以達(dá)到需要的補(bǔ)償量。由此可知,S(z)的作用就是提供相位補(bǔ)償和幅值補(bǔ)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。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。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(bǔ)償器S(z)要解決的任務(wù)。（2）周期延遲環(huán)節(jié)z周期延時(shí)環(huán)節(jié)z使控制動(dòng)作延時(shí)一個(gè)周期進(jìn)行,即本周期檢測(cè)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。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(hào)發(fā)生器,可視為以周期為步長(zhǎng)的純積分環(huán)節(jié)。當(dāng)誤差e周期的重復(fù)出現(xiàn)時(shí)，控制器的輸出逐周期累加，當(dāng)e為零時(shí)，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(gè)嵌入部件，它檢測(cè)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。圖53 重復(fù)信號(hào)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。逆變電源重復(fù)控制要求輸出電壓誤差為零時(shí)，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(dòng)的影響。與積分控制機(jī)理類似，包含重復(fù)信號(hào)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(shí)，控制量(即SPWM調(diào)制信號(hào))幅度會(huì)逐周期、無限制的變化(暫不考慮限幅的作用)。圖52 重復(fù)新號(hào)發(fā)生器（S域形式）當(dāng)這樣一個(gè)環(huán)節(jié)置于反饋控制系統(tǒng)的前向通道時(shí)，它起到的作用與積分環(huán)節(jié)是相似的，都是對(duì)誤差的一種累加效果。這所以稱其為重復(fù)信號(hào)發(fā)生器，是因?yàn)榧词馆敵鏊p至零，該內(nèi)模仍然會(huì)持續(xù)不斷的逐周期重復(fù)輸出與上周期波形相同的信號(hào)。因此，重復(fù)控制采用“重復(fù)信號(hào)發(fā)生器”作為內(nèi)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(shí)現(xiàn)對(duì)正弦信號(hào)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(nèi)。積分環(huán)節(jié)1/S正是一個(gè)階躍信號(hào)保持器，這才是它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)階躍指令的無靜差跟蹤的根本原因。 重復(fù)控制技術(shù) 重復(fù)控制的基本思想重復(fù)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(duì)某一參考指令實(shí)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。(3)采樣和計(jì)算延時(shí)使得被控系統(tǒng)成為一個(gè)具有純時(shí)間滯后的系統(tǒng)，造成了PID控制器穩(wěn)定域減少，增加了設(shè)計(jì)難度。圖51 PID 控制結(jié)構(gòu)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(hào)為快速變化的J下弦波，理論上系統(tǒng)是一個(gè)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(dá)式為(51)式， （51）])()(1)([)( dtetetKtUDiP????其中，u(t)為控制器的輸出信號(hào)，e(t)為誤差信號(hào)， 是比例系數(shù)，Ti是積分時(shí)間常PK數(shù)， 是微分時(shí)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(xì)分析了數(shù)字PID控制和重復(fù)控制兩種控制方法，并將它們結(jié)合在一起，形成了一種新的改進(jìn)行型重復(fù)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(zhǎng)，但都在某些方面存在某些問題。重復(fù)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(gè)明顯的缺點(diǎn)：對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變動(dòng)反應(yīng)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(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)會(huì)．在正弦波逆變電源系統(tǒng)的控制方案中，目前比較實(shí)用的有三種，即數(shù)字PID控制、無差拍控制和重復(fù)控制PID控制是一種具有幾十年應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的控制算法，它在模擬控制正弦波逆變電源系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。離散時(shí)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(shí)間控制策略是用模擬電路實(shí)現(xiàn)的，在實(shí)際應(yīng)用中模擬控制電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因?yàn)樗褂玫钠骷髯缘奶匦圆町愔率垢麟娫吹膮?shù)和特性有所差異，電源的一致性不好。圖412 采樣電路5 改進(jìn)型重復(fù)控制逆變電源控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)大都采用反饋控制技術(shù)。 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。過流保護(hù)也是可恢復(fù)的。這種保護(hù)方式是可恢復(fù)性的,當(dāng)輸出電壓的有效值低于基準(zhǔn)時(shí),系統(tǒng)重新工作。過壓保護(hù)具體的工作原理為：輸出電壓經(jīng)霍爾傳感器、調(diào)理電路到過壓保護(hù)電路，逆變器正常工作時(shí),采樣電壓低于過壓基準(zhǔn),比較器輸出高電平。（三）過壓保護(hù)電路為了防止輸出電壓過高而損害負(fù)載,必須加過壓保護(hù)電路,其結(jié)構(gòu)如圖413所示。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)。OUT??V采樣=(3/200) VOUT?從而基準(zhǔn)電壓VREF=(V采樣/3) 1023即程序中給基準(zhǔn)電壓值。采樣電路的參數(shù)的確定：對(duì)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(shí)現(xiàn)此功能。)提供正負(fù)電源。LV28P需要177。體積小,安裝方便簡(jiǎn)單。（一）傳感器的選用對(duì)于輸出的電壓、電流的檢測(cè)可以用檢測(cè)變壓器，但考慮到采樣頻率比較高，控制要求實(shí)時(shí)控制，對(duì)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。該驅(qū)動(dòng)電路的 、 及102R3?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。在驅(qū)動(dòng)信號(hào)開路時(shí)， 將保持低電平，如3 3R果 太小，會(huì)使器件開通時(shí)間變大，降低了開關(guān)頻率。MOSFET屬電壓控制器件，當(dāng)漏源極1R問加有高壓時(shí)，易受外界干擾，使柵源電壓超過 而引起器件導(dǎo)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沿陡度和防止振蕩，減少M(fèi)OSFET漏極大的電壓尖脈沖，需在柵極串聯(lián)電阻 ，當(dāng) 增2R2大時(shí)，會(huì)引起MOSFET的通斷時(shí)間延長(zhǎng)，能耗增加，減小 ，會(huì)使di/dt增大,可能引起2RMOSFET的誤導(dǎo)通或損壞?？紤]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。圖410中選用的TLP250就是專門用來驅(qū)動(dòng)小功率MOSFET的驅(qū)動(dòng)器，開通、關(guān)斷的邊沿時(shí)闖也不過200～300ns，有較快的反應(yīng)時(shí)間和可靠性。實(shí)現(xiàn)電隔離可采用脈沖變壓器或光電耦合器等。F?4 驅(qū)動(dòng)、保護(hù)、測(cè)量電路電力電子器件的驅(qū)動(dòng)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(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能有很大的影響。一般可取電感的脈動(dòng)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(dǎo)出L、C計(jì)算公式，現(xiàn)推導(dǎo)如下： (43)LLfC??2/)2/(1?令 特性阻抗 則:??L= (44)Cf?/因?yàn)?=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(jì)算出L、C。由于 ，故，w1L對(duì)基波信號(hào)阻力很??；1/( C)對(duì)基波信號(hào)分流Cf1fC 1?很小，因此允許基波信號(hào)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(luò)，它允許某些頻率信號(hào)通過，而不允許另一些頻率信號(hào)通過。輸出濾波器設(shè)計(jì)的基本要求應(yīng)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)二極管反向恢復(fù)尖峰電流，因此器件的電流等級(jí)可取為60A(2)輸