刘春瑞[1]2008年在《逆变电源数字化控制技术研究》文中进行了进一步梳理随着现代科技的发展,各行各业对逆变电源的性能提出了更高的要求。好的逆变电源电压输出波形主要包括叁个方面:稳态精度高、动态性能好及负载适应性强。数字控制可以实现各种先进、智能的控制算法来提高逆变电源性能,因此数字化控制是当今逆变电源发展的主要方向。本文致力于逆变电源数字化控制技术的研究。首先讨论了各种数字控制策略的优缺点,指出各种控制策略相互取长补短组成复合控制器是一种发展趋势。接着本文对逆变电源系统进行了分析,建立了单相逆变电源的数学模型及MATLAB仿真模型;从逆变电源的输出特性分析出发,在深入研究重复控制器和模糊控制器的基本原理及设计方法的基础上,提出将重复控制与模糊自整定PI控制相结合组成复合控制策略,利用重复控制来提高系统的稳态精度,模糊自整定PI控制以提高系统的动态响应。MATLAB仿真结果表明该复合控制方案在线性负载和周期性非线性负载下均能获得良好的稳态和动态性能。本文最后进行了以TMS320F2812 DSP为控制核心的逆变电源控制系统的软硬件设计,给出了软件流程图并对硬件电路中的驱动电路、采样调理电路及保护电路进行了调试。
陈宏[2]2003年在《基于重复控制理论的逆变电源控制技术研究》文中指出重复控制是基于内模原理的新型控制理论，是抑制周期性干扰信号的有效方法。为了解决逆变电源系统中非线性负载引起的波形畸变问题，本文对基于重复控制理论的逆变电源控制技术进行了深入的研究。研究工作主要集中在重复控制系统的基本性能、控制器设计理论以及针对逆变电源系统的应用设计等方面。 在对重复控制理论的研究中，本文首先从极点与性能的关系出发，重新讨论了重复控制系统中各参数之间的关系。推导了内模、补偿器和受控对象模型之间的数学关系，给出了补偿器的最优形式，解决了传统分析法中忽略内模影响而带来的问题。其次，研究了非谐波次干扰下的重复控制器特性。通过数学推导和仿真，对此种干扰在重复控制系统中的影响以及与控制器参数的关系进行了深入研究。第叁，分析了重复控制器的动态特性。研究了阶跃型给定信号下系统的响应过程，分析了影响性能的各项因素，给出了改善动态性能的具体措施。 在“基本重复控制器设计法”的基础上，给出了两种新的控制器设计方法。方法一从极点与系统性能的关系入手，通过限制极点分布范围得到控制器的最优参数，克服了原方法无法给出最优参数的弊病。针对理想内模无法应用在含有不稳定零点的受控对象的问题，本文提出了第二种重复控制器设计方法。该方法在方法一的基础上，引入函数拟合的思想，较好地解决了系统稳定性和误差收敛之间的矛盾。 本文从以下两方面对重复控制在逆变电源系统的应用进行了研究：首先是逆变电源系统的建模方法。通过分析元件参数变化的影响，提出在重复控制系统中可以直接根据电路拓扑和参数建立逆变器模型的观点，简化了建模的工作。其次，根据现有数学模型的特点，采用局部对消的思想设计了相应的重复控制器，解决了重复控制器对模型精度要求高、系统不易稳定的问题，并在控制器的设计中引入函数型内模和特殊函数，进一步提高了系统的性能。 采用数字信号处理的思想，提出了一种全新的重复控制器工程设计方法。该方法将控制器的设计转化为零相移低通数字滤波器的设计问题，借助于数字信号处理的理论和工具直接得到所需的控制器参数。实践表明，此方法具有设计简单、控制器参数精确的优点，特别适合逆变电源系统的重复控制器设计。
彭力[3]2004年在《基于状态空间理论的PWM逆变电源控制技术研究》文中提出一方面重要部门、用电设备对高品质的电源的需求日益增多,另一方面电力电子设备的大量使用、非线性负载的不断增加使得电网的谐波污染十分严重,形成了鲜明的供需矛盾,为此,近几年来高性能 PWM 逆变器的研究越来越受到关注,发展了多种波形控制技术,其中有些已得到广泛应用,有些仍在发展之中。本文在状态空间的统一理论下分析逆变器的几种常用控制策略的性能和控制器设计方法,为高性能逆变器的设计提供较为系统的理论依据,并提出了一些简便易用的性能改进方案。 首先建立了单相 PWM 逆变器连续时间和离散时间的数学模型,比较了两者的差异。分析了死区、PWM 过调制、非线性负载对逆变器输出电压波形质量的影响,针对波形畸变主要因素非线性负载,推导了二极管整流负载情况下逆变器输出电压各次谐波响应表达式。建立叁相逆变器在 abc 静止坐标系和 dqo 旋转坐标系下的数学模型,首次提出了 abcz 系-dqo 系叁维空间坐标系概念,解决了两种坐标系之间的转换从数学到物理意义的统一;指出了影响叁相逆变器性能的因素。 针对逆变器电压单环 PID 控制系统性能不很理想的原因进行了分析,指出其原因是 PID 控制器参数设计方法欠佳。本文首次提出了基于极点配置的逆变器瞬时电压PID 控制器的设计方法,仿真与实验结果表明这种 PID 控制逆变器动态响应快速、非线性负载情况下输出电压 THD 低,稳态精度高。在理论上,首次基于状态空间的概念阐述了这种逆变器 PID 控制系统性能优良的本质,同时与逆变器双环系统进行了比较,说明了 PID 控制在电路结构、成本等方面更具优越性。 将基于极点配置的设计方法用于逆变器电压电流双环控制系统,仿真分析表明这种逆变器电压电流双环控制系统比 PID 控制系统动态响应更快,特别是在非线性负载条件下可以获得更低 THD 的输出电压波形。另外,还对单相和叁相电压型逆变器通过控制器实现输出限流功能的问题进行了探讨。逆变器电感电流内环电压外环双环控制系统一个特点是具有自动限流功能。本文首次提出叁相逆变器在 dq 坐标系下采用电压电流双环控制方案,可以实现保持正弦输出波形的自动限流功能。双环控制系统适合于性能指标要求极高的逆变器系统。 对基于极点配置设计的控制器实用化面临的几个问题进行研究。论述了系统参数大幅度变化时逆变器控制系统的鲁棒性;分析了 PWM 过程带来的两个主要非理想因素对系统的影响:控制延时、在叁相逆变器中引入的零序谐波,在设计中对此均需给予考虑;讨论了反馈延时存在时控制器设计及系统性能改变情况。 不平衡抑制是叁相逆变器系统需要解决的问题,分析了叁相不平衡时叁相逆变器 I<WP=6>输出非对称性产生的机理,由此推断输出不对称问题单靠控制器不能解决,还与逆变器主电路结构的固有特性相关,提出了保持输出对称性的设计原则,仿真和实验结果有效地验证了理论分析。为改善逆变电源数字控制器的效果,本文首次提出了一种逆变器状态增广系统数字控制方案,可解决常规控制策略采用数字方式控制时因控制系统阶数升高带来的性能大幅下降问题。分析指出逆变器电压、电流双环数字控制同样也是一种高性能逆变器的数字控制方案。逆变器控制目前较常用的控制策略有单电压环瞬时值反馈控制、多环反馈控制,实现方式有模拟和数字两种。即使同一种控制策略,不同设计者设计出的性能差异也很大。本文首次采用状态空间理论的极点配置技术,对逆变电源的几种控制策略进行了统一的分析和设计,首次提出控制器控制参数(可控自由度)与控制系统阶数(被控自由度)相等是高性能逆变器控制实现的基础,并通过极点配置这种统一的设计方法对各种控制器进行了设计和性能比较,分析了要考虑的一些非理想因素的影响,为逆变器控制方案的选择和设计提供了理论依据。
张琦[4]2008年在《逆变电源数字化控制技术研究》文中研究表明由于逆变电源应用越来越广泛,对供电质量的要求不断提高,应用模拟控制控制逆变电源的研究与应用已经发展多年,非常成熟,但它仍存在许多不足之处。随着DSP(数字信号处理器)的出现和发展,数字控制系统以其通用性强、抗干扰能力强、控制规律灵活、可实现先进控制算法和便于实时控制等优点被越来越多的应用与逆变电源的控制领域,并且已经成为当今电源技术研究的热点。本文致力于实现逆变电源的数字化叁闭环控制技术的研究。本文研究了逆变电源的控制原理,深入分析了单闭环、双闭环、叁闭环控制系统的特点,建立了单相全桥逆变电源主电路及其控制系统连续时间域与离散时间域的数学模型,并对该数学模型进行了深入分析,并采用MATLAB和SIMULINK、ORCAD等仿真软件建立仿真模型进行仿真实验分析,分析了几种传统控制方案的特点,验证了逆变电源叁闭环控制系统及其数字化的可行性与有效性。对单相全桥逆变电源主电路进行深入研究,分析了主电路参数对系统性能的影响,并对变压器偏磁以及直流侧扰动对系统性能的影响进行分析,给出了有效的解决方案,并得到实验的验证。另外从实践着手分析了该逆变电源实现方案的不足与局限,比如热问题、干扰问题等,并提出了有效的解决措施。立足于工程实际应用与电源系统的具体要求,本文采用TMS320F2812DSP实现400HZ、115V单相逆变电源的叁环全数字化控制,使其达到良好的动态性能与稳态性能,并进一步实现将叁台独立的单相逆变电源级联为叁相逆变电源,通过同步信号连接使叁相间互差120度,且在不平衡负载下仍满足相位要求,另外采用DSP实现叁相逆变电源的通讯、显示、保护等功能。实验结果表明:采用了本文设计的数字化控制技术的逆变电源获得了良好的工程实际运行效果。
邓嘉[5]2008年在《基于重复控制和预测控制的逆变电源控制研究》文中认为随着各行各业对电源的性能提出了更高的要求,许多行业的用电设备都不是直接使用通用交流电网提供的交流电作为电能源,而是采用逆变电器为各种敏感设备提供高质量的交流电能。随着电网中非线性负载特别是整流性负载的增加,谐波对供电系统的污染日益严重,它对各种用电设备都有不同程度的影响和危害,从而对逆变电源的输出特性提出了更高的要求,而重复控制在抑制周期性干扰信号有着先天的优势,带整流性负载下具有较好的稳态性能,但是它的固有缺点是动态特性较差,而电流预测控制具有较好的动态特性。因此,可以通过采用多种控制方法的相结合,使逆变器具有较好的输出特性。本文主要研究了重复控制理论在逆变器中的应用,在此基础上分别加入了PI控制和预测控制的电流内环来改善电压重复控制动态特性差的缺点。论文首先介绍了逆变器的各种数字控制方法,针对整流性负载的特点,选择重复控制和预测控制来重点研究。论文第二章对逆变器建模,并分析了整流性负载下输出电压畸变的原因,然后详细介绍了重复控制理论和预测控制理论,包括重复控制的组成部分、补偿器。第叁章给出了逆变电源中的重复控制和预测控制的详细设计方法,给出了基于dsPIC30F2020为主控芯片的逆变电源的线路设计以及控制软件设计。第四章通过仿真和实验分别对电压单环重复控制和加入预测控制电流内环的重复控制的逆变器进行了研究,验证了所给出控制方法的效果。
廉柯[6]2010年在《基于DSP的在线式数字化UPS的研究》文中研究指明不间断电源(Uninterruptible Power Supply)是一种能够提供优质电能并保证电力供应连续的电力电子装置,已经广泛地应用于众多领域。在众多不间断电源中,在线式UPS的性能最好,应用最为广泛。随着高性能控制芯片的出现,UPS的数字化控制成为一种发展的趋势。本文采用TMS320F2812作为系统的核心控制芯片,研究和开发数字化的在线式单相不间断电源。首先介绍了UPS电源的分类、发展现状以及未来发展方向。然后以单相在线式UPS主电路的拓扑结构为基础,介绍了系统的各个部分,重点分析了UPS主电路中两个最重要的部分——输入功率因数环节和逆变环节,建立了逆变环节的连续状态空间模型和离散状态空间模型。分析了用于逆变波形控制的几种控制策略,针对负载的扰动及谐波周期出现的特点,采用了重复控制来提高逆变输出的稳态性能,并结合PI控制来改善逆变输出的动态性能。将重复控制与传统PI控制结合起来应用于UPS逆变电源,重点分析了重复控制的理论并进行参数设计,利用MATLAB软件进行仿真研究,建立了系统的仿真模型,对比研究复合控制和PI控制,仿真结果证实了该复合控制具有优良的性能。在上述理论研究之后,给出了UPS系统的硬件设计,介绍了相关功率电路,结合DSP控制芯片的结构特点,分析了系统的控制电路、检测电路以及其他辅助电路。在硬件设计的基础上,进行了系统的软件设计。
周梁[7]2006年在《PWM逆变电源瞬时值反馈控制技术研究》文中提出在不允许供电中断的重要用电场合,大量使用着UPS系统。而逆变器是UPS系统的核心部件,要求它具有高质量的输出电压波形。尤其是在带非线性负载情况下仍然要有接近正弦的输出波形。因此,发展了多种多样的逆变器波形控制技术。本文的主要内容是PWM逆变电源瞬时值反馈控制技术,瞬时值反馈控制是根据当前误差对逆变器的输出波形进行有效的实时控制,如果控制器设计合理,既可以保证系统具有很好的稳态性能,同时也可以保证系统有快速的响应速度。全文围绕电压单环瞬时值控制技术及电容电流内环和电压外环双环瞬时值控制技术这两种控制方法,进行了理论分析,同时结合仿真和实验来探讨如何提高PWM逆变电源的静、动态性能,改善输出波形质量。基于状态空间平均法和线性化技术给出了PWM逆变器的传递函数形式和状态方程形式的数学模型,详细分析了死区效应、过调制和非线性负载对单相全桥逆变器输出电压的影响,指出引入输出电压瞬时值反馈控制来解决非线性负载带来的扰动,抑制谐波是合理的方案。对于逆变电源的控制策略,可以采用重复控制、无差拍控制、滑模变结构控制或者PID控制,由于采用PID控制容易兼顾控制系统的稳态性能和动态性能。而且算法简单、易于实现、可靠性高,已经成为迄今为止最通用的控制方法。本文研究了基于极点配置的PID控制器的设计方法,仿真结果显示这种PID控制器性能优越,同时还提出一种PI调节器结合电压微分反馈的调节方式,并指出这种调节方式和PID调节其实是等效的,而且是一种简化的双环形式,因此是一种简单而有效的调节方式。对现今普遍采用的电压电流双环控制,分为电感电流内环电压外环和电容电流内环电压外环两类进行了分析比较,重点研究了单相逆变器电容电流内环电压外环双环控制系统特性,并对其内、外环调节器的选取及其设计做了大量仿真,仿真结果显示电容电流内环电压外环双环控制系统具有比电压单环瞬时值反馈控制系统更优越的性能。本文最后在一台样机上实现了电容电流内环电压外环双环控制,实验结果与理论分析相符,能够得到较满意的动态和稳态波形。
延烨华[8]2004年在《逆变电源数字化控制技术的研究》文中指出本文致力于逆变电源输出电压波形数字化控制技术的研究。由于逆变电源应用越来越广泛,对供电质量的要求不断提高,因此其输出电压波形控制技术,特别是数字化控制技术的研究已经成为当今电源技术研究的热点。本文在深入分析逆变电源工作原理和数学模型的基础上,对单相全桥逆变器输出电压波形的数字化控制技术及其控制策略进行了系统研究。在逆变电源电路模型的基础上建立了逆变器连续时间域和离散时间域的数学模型,为控制系统的设计提供了理论基础。利用MATLAB和SIMULINK仿真软件建立了逆变器的仿真模型,用以验证控制方案的可行性和有效性。立足于工程实际应用和电源系统的具体要求,设计了基于80C196KC单片机的25Hz、110V逆变电源的实验平台,给出了主电路和控制电路各个部分的设计思路,为控制方案的实现提供了硬件基础。对逆变电源输出电压波形的数字PID控制、复合控制和状态反馈控制等控制方法进行了系统研究,在此基础上给出了几种控制方案并进行了仿真对比。深入研究了逆变电源系统的重复控制技术。对重复控制系统进行了较为全面的理论分析,讨论了系统的稳定性、收敛性和稳态误差,给出了稳定条件的几何解释;阐述了重复控制消除输出电压周期性波形畸变的机理;提出了一种基于中低频对消、高频衰减的控制器设计方法。最后,编制了相应的控制软件,在实验平台上进行了系统实验研究,给出了系统在几种负载下的实验波形。实验结果表明:采用了本文设计的数字化控制技术的逆变电源,可以获得稳定的正弦电压输出。
杨秀云[9]2009年在《PWM逆变器重复控制策略的研究》文中研究说明随着电力电子技术的发展,逆变电源的应用前景日益广泛。PWM逆变器是逆变电源的核心部件,要求它具有高质量的输出电压波形。为此,各种各样的波形控制技术层出不穷。本文以单相全桥逆变器为控制对象,将负载电流处理为可测扰动,基于状态空间法,建立了PWM逆变器的线性数学模型和仿真模型。经过目前流行控制方法的比较后,选取全状态反馈来达到对系统的稳定控制。同时,为了克服数字处理器采样、计算延时造成的占空比受限问题,引入了状态观测器的设计。阐明了重复控制的基本思想和系统结构,并给出了稳定性分析,通过分析讨论了重复控制器的设计问题,对比两种重复控制器设计方法后,提出适用于单相逆变器的直接重复控制器设计方法。针对重复控制存在一拍延迟、动态性能不足的缺陷,提出了一种PI和重复控制互为补偿的复合控制方法,理论分析后得出系统的稳态误差可以达到零。另外,还提出了一种将极点配置和重复控制相结合的复合控制方法。其中状态反馈构成系统内环,显着改善系统的动态性能,并且大大简化了重复控制器的设计。动、静态仿真验证两种复合控制具有较好的稳态补偿精度和动态性能。最后,以TMS320LF2407A为主控芯片,设计了电源的硬件框图,介绍了系统的软件设计和控制算法设计流程。
刁元均[10]2007年在《基于DSP的逆变电源数字控制技术的研究》文中研究指明随着现代科技的迅速发展，逆变电源的应用越来越广泛。同时，各行各业对逆变电源的性能也提出了更高的要求。好的逆变电源输出波形要求不但具有高的稳态性能，还应有快的动态响应。单一的控制策略很难同时满足这两方面的要求。因此，各种控制策略取长补短、相互渗透，构成复合控制器，是一种趋势所在。本文讨论了当今各种比较流行的数字控制策略的优缺点，重点分析了无差拍控制和重复控制这两种控制策略的控制原理，并对其控制算法做了适当改进。无差拍控制动态性能极佳，但其稳态性能不理想，尤其是在带非线性负载时输出电压波形的总谐波畸变较大；而重复控制恰恰相反，它有着很好的稳态性能，但由于周期延迟环节的存在，控制指令不是立即输出，而是滞后一个参考周期才输出，使其动态性能较差。本文采用单相全桥拓扑结构为逆变器主电路，建立了它的连续状态空间模型和离散状态空间模型，分析了它的开环输出特性，并分别阐述了改进的无差拍控制器和重复控制器参数的设计方法。文章提出将改进的无差拍控制和重复控制这两种控制策略相结合，组成复合控制策略。利用MATLAB建立了控制系统的仿真模型，仿真实验结果证明该复合控制策略能使逆变电源获得理想的稳态和动态性能。最后介绍了以高性能数字信号处理器TMS320F2812为控制核心的逆变电源控制系统的软硬件设计。
参考文献：
[1]. 逆变电源数字化控制技术研究[D]. 刘春瑞. 西安理工大学. 2008
[2]. 基于重复控制理论的逆变电源控制技术研究[D]. 陈宏. 南京航空航天大学. 2003
[3]. 基于状态空间理论的PWM逆变电源控制技术研究[D]. 彭力. 华中科技大学. 2004
[4]. 逆变电源数字化控制技术研究[D]. 张琦. 西安理工大学. 2008
[5]. 基于重复控制和预测控制的逆变电源控制研究[D]. 邓嘉. 浙江大学. 2008
[6]. 基于DSP的在线式数字化UPS的研究[D]. 廉柯. 中南大学. 2010
[7]. PWM逆变电源瞬时值反馈控制技术研究[D]. 周梁. 华中科技大学. 2006
[8]. 逆变电源数字化控制技术的研究[D]. 延烨华. 华中科技大学. 2004
[9]. PWM逆变器重复控制策略的研究[D]. 杨秀云. 浙江工业大学. 2009
[10]. 基于DSP的逆变电源数字控制技术的研究[D]. 刁元均. 西南交通大学. 2007
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