一種新穎的自適應PWM逆變電源

摘要：詳細介紹一種新穎的PWM逆變電源的數字控制方法——自適應重復控制。該方法的應用使系統具有自適應能力，能自動地消除由于未知的負載周期性擾動而產生的輸出交流周期畸變，這為解決逆變電源在整流性負載下輸出波形畸變較大的問題提供了一條良好的途徑。

關鍵詞：逆變電源PWM自適應

Keywords:Inverter，PWM，Selfadaption

A Novel Self－ adaption PWM Inverter

Abstract: This paper describes a novel pulse width modulated (PWM) inverter based on digital control adaptive repetitive control.The proposed control scheme can adaptively eliminate periodic distortions resulted by unknown periodic load disturbances in the inverter ,which gives a practical approach to solve the problem that the output waveform of the inverter will get high THD with rectifier load.

中圖法分類號：TM92文獻標識碼：A文章編號：02192713(2000)0839902

　　1引言

閉環調節脈寬調制（PWM）的逆變電源在各種類型的交流供電系統中得到了廣泛的應用，例如：不間斷電源（UPS），電壓調節器（AVR），可編程交流電源（PAS）等。在這些系統中，要求能在瞬時或周期性的負載變動下，輸出低諧波含量的波形。許多研究方案利用瞬時反饋控制技術，如：瞬時電壓電流跟蹤法[1]、無差拍控制法[2][3]、狀態反饋控制法[4]，獲得了較好的動態響應。但是這類方法只能使系統對于瞬時的負載變化有較好的調節能力，而對周期性的負載變動所產生的周期性諧波抑制能力則很差。因此，這類系統對于非線性負載，如整流性負載，其輸出總諧波含量仍然很高。另外，上述幾種瞬時反饋控制的方法，從自身控制原理上講仍存在不足之處，也妨礙了它們的進一步推廣應用。其中，瞬時電壓電流跟蹤法，即所謂兩態（或三態）滯環控制（Delta－PWM），電路的開關頻率較高，且隨精度要求的提高而提高，而且開關頻率隨其跟隨的輸出幅值變化而變化，諧波成分隨機分布，輸出頻譜的分析較為困難，也不利于輸出濾波器的設計[5]。狀態反饋控制的設計基于系統的精確數學模型，并要求狀態反饋增益進行優化設計以增加系統的魯棒性，而這兩方面的誤差都可能很大，從而降低了系統的性能。至于無差拍控制，由于其原理是基于電路計算的方法，因而對電路中元件參數的變化非常敏感，這對于負載經常變動的應用場合更不適用。雖然有的文獻也提出了改進的方案，如添加負載參數辨識器[3]，但效果仍然不理想。

PWM逆變電源性能的好壞最終取決于控制策略的優劣。自適應控制作為一種現代控制的方法，適用于系統數學模型未知，或者運行過程中會發生變化的情況，這無疑為解決逆變電源因負載變化而產生波形畸變的問題提供了一條思路。筆者正在基于DSP和單片機196的硬件基礎上對該種自適應逆變電源進行深入的研究，它能自動地消除由于未知的負載周期性擾動所產生的交流周期畸變，大大提高了電源的品質。

2工作原理

見圖1，在該系統中，將逆變橋、LC濾波器及整流性RC負載的整體作為系統的控制對象。其中，Ud

圖1自適應PWM逆變電源硬件結構圖

為直流電源電壓，g1，g2，g3，g4為功率管開關信號，U1，U2分別為電流、電壓反饋信號。該自適應控制方案由圖2表示。

其中：r(k)—參考信號；

y(k)—系統輸出；

e(k)—誤差信號；

Q(z－1)、S(k,z－1)—輔助補償器；

rc(k)—經補償后的參考信號；

P(k,z－1)—系統受控對象的閉環傳遞函數。

該控制系統主要包括兩個部分：其一為離散重復控制器，另一為自適應參數調節器。它們的工作原理如下：

（1）離散重復控制器

重復控制是指能消除所有包含在穩定閉環內的周期性誤差的控制方案，如圖3所示。

其中，P（z－1）代表被控對象的傳函，d(k)為干擾信號，其余信號的定義與圖2中相同。

由圖可得：E(z－1)和D(z－1)為e(k)，d(k)的Z變換，若d(k)是一個周期為N的擾動，則其Fourier變換為|Cn|代表Fourier系數

而傳函在頻域內可表示為若Q(z－1)=1且P(z－1)是穩定的，則