基于DSP和增量式PI電壓環控制的逆變器研究

2 控制方案設計

本系統采用電壓環反饋，為提高動態性能，采用瞬時值控制。電壓環控制中，采用增量式PI控制，同時對其算法進行了優化，確保輸出具有較好的穩定性。控制器采用TI公司的TMS320LF2407A，其最高工作頻率可達40MHz，能夠較好地實現以上算法。

2.1 電壓環設計

忽略電感等效內阻，電壓環等效框圖如圖3所示。

圖3 電壓環等效框圖

圖中：K_pwm為PWM環節等效增益，其大小為調制波到逆變器AB兩端輸出的增益；

K為反饋回路中的電壓采樣系數。

圖3可簡化為圖4。

圖4 電壓環簡化框圖

圖中K_pwm系數已歸于PI模塊中。逆變器開關頻率取為20kHz，輸出為工頻，則取LC濾波器的轉折頻率f_n為1kHz，綜合考慮電感電流紋波與壓降，取L=1mH，C=10μF。本實驗取滿載時R=40Ω。

設PI環節傳遞函數為

G（s）=K_p＋（9）

則系統的開環傳遞函數為

G（s）=K（10）

取PI補償頻率為500Hz，而系統的穿越頻率為1kHz。則由式（10）可得

=2π×500（11）

=1（12）

式中：K為采樣系數，實驗中設計為0.014。

聯立式（11）及式（12）可得

k_p=39 k_i=124416

其波特圖如圖5所示。

圖5 電壓環波特圖

從圖5中可以看出，系統相角裕度為60°，滿足穩定性要求。圖6為仿真所得的輸出波形。

從圖6中可看出，輸出波形為正弦波，幅值為200V，頻率為50Hz，與設計值相符。

圖6 逆變輸出波形