基于極點配置的逆變器雙環控制方案

逆變器作為不間斷電源的核心部分，廣泛用于通信、金融等領域。一個高性能的逆變器除了要滿足體積、重量、電磁兼容等基本指標外，還需滿足系統穩定，穩態電壓精度高；總諧波畸變率(THD)含量小；動態響應快等要求。重復控制可以校正逆變器在不同負載時輸出電壓的精度，具有很好的穩態輸出特性，但由于其控制量輸出有一個周期的延遲。動態調節能力不足，而基于極點配置的電感電流內環電壓外環反饋控制設計簡單、魯棒性好，但穩態控制精度不高。因此，實際中常結合兩者來協調校正輸出波形。在此提出基于極點配置的電感電流內環電壓外環反饋控制方案，提高了逆變器的動態響應能力，然后增加重復控制調節輸出電壓的穩態精度，這一復合控制方案滿足了逆變器的動靜態特性、穩態精度，使用Matlab仿真驗證了此方案的可行性。

1 逆變器的數學模型
控制對象的數學模型是進行理論分析和實驗研究工作的出發點和基礎。由于功率開關器件的存在，逆變器本質上是一個非線性系統，分析起來有一定困難。假設直流母線電壓源的幅值恒定，功率開關為理想器件，且逆變器輸出的基波頻率、LC濾波器的諧振頻率與開關頻率相比足夠低，則逆變橋可以被簡化為一個恒定增益的放大器，從而采用狀態空間平均法得到逆變器的線性化模型。單相電壓型PWM逆變器的狀態模型電路如圖1所示。

圖1所示電路模型中，電壓源v1代表來自逆變橋的輸出電壓，電流源io代表負載汲取的電流。與濾波電感L串聯的電阻r是濾波電感的等效串聯電阻以及逆變器中其他各種阻尼因素的綜合。
由狀態空間平均模型可以推導出雙輸入同時作用時系統的s域輸出響應關系式(1)及方框圖2如下：

2 復合控制方案分析
提出的控制方案包括了基于極點配置電流電壓雙環和處于外層的重復控制環，雙環控制采用電感電流內環和輸出電壓外環，重復控制環的參數設計在雙環與逆變器等效的被控對象上設計。