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經(jīng)驗(yàn)積累:悉數(shù)逆變電源中主流控制算法

發(fā)布時(shí)間:2015-08-31 責(zé)任編輯:sherry

【導(dǎo)讀】幾乎在所有中大型電子電力設(shè)備中,都能看到逆變電源的身影。逆變電源肩負(fù)著將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的任務(wù),這一較為復(fù)雜的過(guò)程需要依靠控制算法的支持來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此想要設(shè)計(jì)好逆變電源就要從了解控制算法來(lái)入手。在本篇文章當(dāng)中,小編將為大家介紹逆變電源中的幾種控制算法?!?/strong>
 
數(shù)字PID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,控制算法簡(jiǎn)單,參數(shù)易于整定,設(shè)計(jì)過(guò)程中不過(guò)分依賴系統(tǒng)參數(shù),魯棒性好,可靠性高,是目前應(yīng)用最廣泛、最成熟的一種控制技術(shù)。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。將其數(shù)字化以后,它克服了模擬PID控制器的許多不足和缺點(diǎn),可以方便調(diào)整PID參數(shù),具有很大的靈活性和適應(yīng)性。與其它控制方法相比,數(shù)字PID具有以下優(yōu)點(diǎn)。
 
PID算法蘊(yùn)涵了動(dòng)態(tài)控制過(guò)程中過(guò)去、現(xiàn)在和將來(lái)的主要信息,控制過(guò)程快速、準(zhǔn)確、平穩(wěn),具有良好的控制效果。
 
PID控制在設(shè)計(jì)過(guò)程中不過(guò)分依賴系統(tǒng)參數(shù),系統(tǒng)參數(shù)的變化對(duì)控制效果影響很小,控制的適應(yīng)性好,具有較強(qiáng)的魯棒性。
 
PID算法簡(jiǎn)單明了,便于單片機(jī)或DSP實(shí)現(xiàn)。采用數(shù)字PID控制算法的局限性有兩個(gè)方面。一方面是系統(tǒng)的采樣量化誤差降低了算法的控制精度;另一方面,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PID控制器穩(wěn)定域減少,增加了設(shè)計(jì)難度。
 
狀態(tài)反饋控制
 
狀態(tài)反饋控制可以任意配置閉環(huán)控制系統(tǒng)的極點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了逆變電源控制系統(tǒng)極點(diǎn)的優(yōu)化配置,有利于改善系統(tǒng)輸出的動(dòng)態(tài)品質(zhì),具有良好的瞬態(tài)響應(yīng)和較低的諧波畸變率。但在建立逆變器的狀態(tài)模型時(shí)將負(fù)載的動(dòng)態(tài)特性考慮在內(nèi),因此狀態(tài)反饋控制只能針對(duì)空載和已知的負(fù)載進(jìn)行建模。由于狀態(tài)反饋控制對(duì)系統(tǒng)模型參數(shù)的依賴性很強(qiáng),使得系統(tǒng)的參數(shù)在發(fā)生變化時(shí)易導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)誤差的出現(xiàn)和以及動(dòng)態(tài)特性的改變。例如對(duì)于非線性的整流負(fù)載,其控制效果就不是很理想。
 
重復(fù)控制
 
重復(fù)控制是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種新型逆變電源控制方案,它可以克服整流型非線性負(fù)載引起的輸出波形周期性的畸變。重復(fù)控制的思想是假定前一周期出現(xiàn)的基波波形畸變將在下一個(gè)周期的同一時(shí)間重復(fù)出現(xiàn),控制器根據(jù)給定信號(hào)和反饋信號(hào)的誤差來(lái)確定所需的校正信號(hào),然后在下一個(gè)基波周期的同一時(shí)間將此信號(hào)疊加到原控制信號(hào)上,以消除后面各個(gè)周期將出現(xiàn)的重復(fù)性畸變。該控制方法具有良好的穩(wěn)態(tài)輸出特性和非常好的魯棒性,但該方法在控制上具有一個(gè)周期的延遲,因而系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差。自適應(yīng)重復(fù)控制方案,已經(jīng)成功地應(yīng)用于逆變器的控制中。
 
滑模變結(jié)構(gòu)控制
 
滑模變結(jié)構(gòu)控制利用不連續(xù)的開(kāi)關(guān)控制方法來(lái)強(qiáng)迫系統(tǒng)的狀態(tài)變量沿著相平面中某一滑動(dòng)模態(tài)軌跡運(yùn)動(dòng)。該控制方法最大的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)參數(shù)變化和外部干擾的不敏感性,即強(qiáng)魯棒性,加上其開(kāi)關(guān)特性,特別適用于電力電子系統(tǒng)的閉環(huán)控制。但滑模變結(jié)構(gòu)控制存在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)效果不佳、理想滑模切換面難于選取、控制效果受采樣率的影響等弱點(diǎn)。如今,逆變電源的滑模變結(jié)構(gòu)控制的研究方興未艾,特別滑模變控制和其它智能控制策略相結(jié)合所構(gòu)成的符合控制策略的研究倍受關(guān)注。
 
無(wú)差拍控制
 
無(wú)差拍控制是一種基于微機(jī)實(shí)現(xiàn)的PWM方案,它根據(jù)逆變電源系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出反饋信號(hào)來(lái)計(jì)算逆變器的下一個(gè)采樣周期的脈沖寬度,80年代末引如到正弦波逆變電源控制系統(tǒng)中。對(duì)于線性系統(tǒng)來(lái)說(shuō),該控制方法具有很好的穩(wěn)態(tài)特性和快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。其缺點(diǎn)也十分明顯:它對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的變化反應(yīng)靈敏,即魯棒性較差。一旦系統(tǒng)參數(shù)出現(xiàn)較大波動(dòng)或系統(tǒng)模型建立不準(zhǔn)確時(shí),系統(tǒng)將出現(xiàn)很強(qiáng)的震蕩。為此,在無(wú)差拍控制之中引入智能控制是當(dāng)今的研究熱點(diǎn)之一。
 
智能控制
 
智能控制技術(shù)主要包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng),對(duì)于高性能的逆變電源系統(tǒng),模糊控制器有著以下優(yōu)點(diǎn):
 
具有較強(qiáng)的魯棒性和自適應(yīng)性,模糊控制器的設(shè)計(jì)不需要被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型。
 
查找模糊控制表占用處理器的時(shí)間很少,因而可以采用較高采樣率來(lái)補(bǔ)償模糊規(guī)則的偏差。
 
模糊控制的優(yōu)勢(shì)在于,能夠根據(jù)不同精度的需求開(kāi)靠近非線性函數(shù),但相對(duì)的,其規(guī)則樹(shù)和分檔都收到了一定程度的控制。同事也包含人為控制的因素,所以模糊控制在控制方面的精度仍然有待改善。
 
以上六種控制方法就是逆變電源中較為主流的設(shè)計(jì),大家可以通過(guò)本文的介紹對(duì)這些方法有一些初步的理解和認(rèn)識(shí),希望大家在閱讀過(guò)本篇文章之后能夠有所收獲。
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