單相逆變器新型重復-模糊控制方案

摘要：提出了一種基于重復控制和單輸入模糊自整定比例控制的單相逆變器雙模控制方案。系統運行時，通過模態選擇開關自動切換控制方式。誤差絕對值小于模態選擇開關閾值時，重復控制可增強系統抗周期性干擾能力，改善系統穩態特性；誤差絕對值大于模態選擇開關閾值時，單輸入模糊自整定比例控制能快速消除擾動影響，改善系統動態特性。實驗結果表明該控制方案能獲得良好的動、穩態性能。
關鍵詞：逆變器；重復控制；單輸入模糊控制；模態選擇

1 引言
以逆變器為核心的不間斷電源廣泛用于航空、航天、金融及通信等領域。衡量逆變器輸出電壓波形質量的指標主要包括穩態精度、動態響應和總諧波畸變率。逆變器的各種控制方案均有其優勢，但也存在不足。重復控制利用擾動的重復性逐基波周期地修正輸出電壓，能夠獲得很高的穩態精度，但由于重復控制的前向通道上串聯了一個周期延遲環節，導致重復控制器需延遲一個基波周期才對系統產生調節作用，因此其動態特性較差。模糊控制無需被控對象的精確模型，特別適合逆變器等非線性系統，且其響應速度快、自適應性強，能有效消除系統外部擾動，但由于穩態特性較差，難以獲得很高的控制精度。
此處提出一種將重復控制與單輸入模糊自整定比例控制相結合的雙模控制方案，綜合了兩者的優點，很大程度地改善了系統的動、穩態性能。

2 逆變器數學模型
具有單相兩電平硬開關、接有后級LC濾波器的逆變器，無論采用半橋還是全橋結構，調制方式為單極性還是雙極性，均可抽象為圖1所示電路模型。圖中，ui為逆變橋輸出電壓；r為線路綜合等效電阻；L，C為輸出濾波器電感、電容；Z為負載。

假設主電路元件均為理想器件，忽略開關損耗，逆變器動態特性主要由LC濾波器決定，且在空載情況下振蕩傾向最為強烈，為保證系統在任何負載條件下都穩定，通常在空載狀態下對系統進行設計。由圖1可得空載逆變器傳遞函數為：

實驗時，取L=700μH，C=36 μF，r=0．1 Ω，則阻尼比ξ=0．011 3，諧振頻率ωn=6 340 rad·s-1。則該逆變器在空載狀態下傳遞函數為：

取開關頻率為10 kHz，利用Matlab中c2dm.m函數對上式進行離散化可得離散的傳遞函數為：
P(s)=(0．191z+0．190 1)／(z2-1．6047z+0．985 8) (3)

3 重復控制
3．1 基本原理
重復控制基于內模原理控制理論，成功的構造了任意周期信號的內模，通過對輸入信號的逐周期累加，實現對指令的精確跟蹤，即使輸入信號衰減至零，內模仍能持續輸出與上一周期相同的信號，故可有效抑制周期性干擾引起的波形畸變。離散的嵌入式重復控制系統如圖2所示。當誤差信號重復出現時，重復控制器對誤差信號進行逐周期的積分調節，直至誤差被消除，重復控制器輸出停止變化，維持并周期性地輸出上一周期的波形。