基于重复控制的全数字单相逆变电源研究

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应用DSP重复控制技术在逆变电源系统中的应用

应用DSP重复控制技术在逆变电源系统中的应用本文提出一种DSP重复控制的控制方案，利用重复控制器来跟踪周期性参考指令信号，减小输出电压谐波，同时电流环控制改善系统的动态性能。

并根据该控制方案，设计和调试了一台基于DSP TMS320LF2407A控制的单相1kW 逆变器，仿真和实验结果均验证了该方案的良好性能。

重复控制的基本理论重复控制是基于内模原理的一种控制思想。

它的内模数学模型描述的是周期性的信号，因而使得闭环控制系统能够无静差地跟踪周期信号。

单一频率的正弦波是典型的周期信号，它的数学模型为那么只要在控制器前向通道串联上与输入同频率的正弦信号，就可以实现系统的无静差跟踪。

重复控制也多用数字控制方式。

离散后的重复控制内模为：式中：N为一个周期的采样次数基于内模原理的理想重复控制系统的前向通道上含有一个周期性延时环节，不可避免它会导致动态性能较差。

到目前为止，要实现高性能的控制效果，最为有效的方法有如下两种：一是直接重复控制，引入前馈，通过前馈提高动态响应，其系统结构如图1所示；二是嵌入式重复控制，它在重复控制器侧加入PI调节器，通过PI调节来提高动态性能，其系统结构如图2所示。

理想重复控制器Q（z）=l，当扰动的角频率ωd是输入信号角频率ωr的整数倍，即ωd=nωr时，可以得到z-N=1，就是说，理想的重复控制器可以消除任意次谐波，可以对小于采样频率的1/2下的任意次谐波进行无差跟踪。

所以本文中提出的控制器通过重复内模来抑制周期性干扰，实现稳态特性，PI控制提供动态补偿，该控制器兼顾了PI经典控制设计简单，实现方便的优点，同时弥补了重复控制单周期延时的缺点。

逆变器控制系统设计图3为基于DSP的逆变。

基于重复控制和无差拍控制的逆变电源数字控制技术研究

不断发展，其是计算机的尤
广泛应用和Ｉｔｒｅ的迅猛发展，ＵＰｎｅｎｔ对Ｓ技术指标的
要求也越来越高。重复控制＿］一种十分有效的波１是卫
形校正技术，能够获得高质量的电压波形。但是，该控制方法的动态响应慢。无差拍控制ｌ具有瞬时响应３快，精度高等特点。本文将重复控制和无差拍控制相结合用于逆变电源数字控制系统中，由此得到更为完善的逆变控制策略。仿真结果表明这种方法不仅获得了较好的电压波形，且也有较快的动态响应，而能够满足高性能ＵＰＳ逆变器要求。
输出波形好，态响应快，应负载的能力强等优点。动适关键词：逆变电源；复控制；差拍控制；重无复合控制中图分类号：Ｍ４４Ｔ６文献标识码：Ａ
ＤｉｉｌｎｅｔｒＢｓｄｏｐｔｔｅＣｏｔｏｎａｂａｎｒｌＴｅｈｉｕｓｇｔｖｒｅａｅｎＲｅｅｉｉｎｒｌａｄＤｅｄｅｔＣｏｔｏｃｎｑｅａＩｖ
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单相逆变器重复控制和双环控制技术研究

单相逆变器重复控制和双环控制技术研究单相逆变器是一种将直流电能转换为交流电能的设备，广泛应用于太阳能光伏发电系统、无线电通信系统等领域。

在单相逆变器的控制技术中，重复控制和双环控制是两种常用的控制策略。

本文将介绍这两种控制技术的原理和特点，并对其研究进行探讨。

首先，重复控制是一种周期性控制策略，通过周期性地叠加可调谐的谐波信号来消除输出电压中的各谐波分量，提高电压波形的质量。

重复控制的基本原理是通过周期重复地改变脉宽和脉冲间隔来控制输出电压的谐波分量。

在重复控制中，首先将原始交流电压信号通过一组谐波振荡器分解成几个谐波成分，然后分别调节这些谐波成分的幅值和相位，合成与原始信号相似的控制信号，通过PWM (Pulse Width Modulation) 方式控制逆变器的开关器件，获得期望电压输出波形。

相较于传统的PWM控制技术，重复控制具有以下优点：一是重复控制能够较好地抑制谐波污染，改善输出电压的波形质量；二是重复控制不需要额外的滤波器，减少了系统的成本和复杂性；三是重复控制适用于各种逆变器拓扑结构，具有广泛的应用范围。

但是，重复控制技术也存在一些问题，例如在低功率因数或部分负载情况下，可能会导致电流谐波增加、控制动态性能下降等。

另一种常用的单相逆变器控制技术是双环控制。

双环控制是基于内环控制和外环控制的思想，通过内环和外环两个控制环来分别控制逆变器的电流和电压，提高逆变器的性能和稳定性。

具体来说，内环控制主要负责控制逆变器的电流，通过调节电流环的控制参数，实现对电流的精确控制；外环控制则主要负责控制逆变器的电压，通过调节电压环的控制参数，实现对电压的精确控制。

双环控制技术通过内环和外环之间的相互作用，使得整个控制系统具有更好的鲁棒性和稳定性。

与重复控制技术相比，双环控制技术具有以下优点：一是双环控制技术能够实现更高的控制精度和稳定性；二是双环控制技术能够适应不同的工作状态，具有更好的动态响应性能；三是双环控制技术能够通过调整环节的控制参数，实现对逆变器的柔性控制。

基于数字控制技术单相Z源逆变器研究

基于数字控制技术单相Z源逆变器研究
逆变器广泛应用于光伏发电系统和电力传动系统等领域,与传统逆变器相比,Z源逆变器在拓扑和性能方面更具有优势。

为保证输出波形质量,本文将Z源逆变器与数字控制技术结合,实现双环反馈控制的单相电压型Z源逆变系统,软
件硬件相结合,重点研究系统硬件电路关键技术以及电压电流双环反馈控制策略。

本文主要工作内容如下:1、设计总体研究方案,从单相Z源逆变电路拓扑出发,通过定量分析直通状态与非直通状态工作原理,对涉及到的关键技术进行研究,主要包括SPWM调制技术、驱动技术和电流电压采样技术等。

对三种基于直通零矢量的SPWM调制技术进行对比研究,最终确定选用恒开关频率的直通零矢量
调制方法。

2、完成对单相Z源逆变系统电路硬件参数的计算和选取,主要包括逆变桥路开关管选型和损耗分析、Z源网络电容和电感的设计、输入二极管选取、滤波电路分析与设计等。

3、建立数学模型并求取传递函数,结合PID控制理论,构建电压外环电流内环的反馈控制模式,并绘制系统Bode图、根轨迹图和响应曲线,验证控制算法合理性。

对Z源网络电容和输出电感电流进行采样后,在DSP控制器上实现控制算法,产生四路独立SPWM信号,经过驱动放大后,控制桥路开关管通断。

4、仿真和实验测试。

首先利用Simulink平台对并网系统进行仿真计算,分析并网电流频率和相位,计算并网谐波畸变率及功率因数,验证理论效果。

之后对离网状态下开环和闭环系统进行仿真测试,将结果对比分析,验证闭环系统在波形质量和系统稳定性
方面的优势。

最后在实验室搭建实际电路并测试,通过对实验输出波形分析,验证系统符合设计要求。

一种新颖的用于单相逆变器的重复控制器

一种新颖的用于单相逆变器的重复控制器巩冰;段晓丽;孟繁荣【摘要】单相逆变器越来越被广泛应用于不间断供电装置和其他工业设备中.为了让单相逆变器能够输出高质量及最低谐波总含量的正弦波电压,提出了一种新颖的数字重复控制算法.在这种方法中,重复控制器嵌套于状态反馈控制中,其中重复控制器能够消除周期性的扰动,跟踪周期或直流参考信号,实现无差跟踪.这里系统地阐述了该控制器的设计方法,并分析了采用该控制器的系统的稳定性.基于设计结果搭建仿真模型,仿真结果验证了该方法的有效性.【期刊名称】《应用科技》【年(卷),期】2010(037)007【总页数】5页(P25-29)【关键词】单相逆变器;重复控制器;状态反馈控制;谐波总含量【作者】巩冰;段晓丽;孟繁荣【作者单位】哈尔滨工程大学自动化学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学自动化学院,黑龙江,哈尔滨,150001;哈尔滨工程大学自动化学院,黑龙江,哈尔滨,150001【正文语种】中文【中图分类】U666.12目前，逆变器被广泛地应用于不间断供电装置（UPS）及其他工业设备中.而UPS又被广泛地用于一些重要负荷的不间断供电，例如电视台的备用电源、医院手术室供电等.当负载突变时，这些系统必须有很好的动态性能；同时当负载为线性或非线性负载时，系统输出的波形谐波含量必须达到一定的标准.文中将重复控制器嵌套于传统的状态反馈控制方法中，用于对单相逆变系统的控制.其中，基于内模原理的重复控制器主要用于消除周期性的扰动以及对周期性参考信号或直流信号实现无差跟踪.文献[1-5]中已经证明了重复控制器对恒压恒频PWM逆变器的控制能够得到很好的控制效果.1但是，当负载突变时，重复控制系统的响应速度比较慢，动态响应速度不够快.为了解决这个问题，文献[6]提出了一种重复控制与采样超前预测控制器相结合的控制策略.此后，很多学者都对类似的控制策略应用于单相逆变器、三相逆变器及整流器的控制进行了大量的研究[1-5].在重复控制器中，相位补偿的阶次必须是整数，但是对于某些系统，良好的相位补偿需要的阶次可能不是整数能够实现的，为此文献[2]设计出了一种基于延迟滤波器设计的分数阶次相位补偿的重复控制器.文献[5]提出一种能够很好地补偿控制系统相位及能提高滤波器的剪切频率的鲁棒重复控制器，该系统对周期性误差有很好的抑制作用，但该方法的计算过于复杂.文中提出了一种改进的双模式重复控制器，并对控制器的设计进行了系统的阐述，同时还分析了系统的稳定性.仿真结果证明了该方法的有效性.1 逆变器模型及控制系统1.1 PWM单相全桥逆变器的模型单相全桥逆变器主电路拓扑图如图1所示.图中，uo为输出电压，io为负载电流，iL为电感电流，udc为直流电压，ic为电容电流，L和C组成了输出滤波器，R为负载电阻.图1 单相全桥逆变器主电路拓扑假设Si（i=1，2）是功率开关器件的开关状态，当S1=1 或 0 时，T1开通、T3关断或 T1关断、T3开通；同理，当 S2=1 或 0 时，T2开通、T4关断或 T2关断、T4开通.因此，PWM逆变器的输入电压可做如下定义[7].如果选择输出电压和电容电流作为状态变量，单相逆变器的动态模型如下当在每个开关周期T中功率开关管导通和关断时，u 可取+udc，0，-udc；因此，u 是一个幅值为+udc或udc，脉冲宽度为ΔT的脉冲电压.假设 t0=kT，那么 x（t0）=x（kT）=x（k）；同理，假设，t=（k+1）T，那么x（t）=x[（k+1）T]=x（k+1），其中t∈[k，k+1]，u（t）是脉冲电压，那么式（3）可以化简为式（4）.根据以上分析可以得到单相逆变器的离散动态方程如下所示：输出电压方程如下根据式（5）、（8），可以得到如下等式：式中：φ11和φ12为Ф的元素，g1为G的元素.1.2 重复控制的原理文献[1]中提出的重复控制器的结构如图2所示.图2 双模式重复控制器的拓扑结构在图2中，传递函数Grc（z）如下所示，式中：ke是重复控制偶数次谐波增益，ko为重复控制奇数次谐波增益，这2个增益必须大于或等于零.当ke=ko时，式（10）代表了传统重复控制器的传递函数；当ke=0时，式（10）是奇次谐波重复控制器的传递函数；当ko=0时，式（10）是偶次谐波重复控制器的传递函数.此外，Gf（z）是一个数字滤波器，该滤波器用于补偿重复控制器.这种结构的重复控制器叫做双模式重复控制器（DMRC）.显然，通过改变DMRC的参数，这种重复控制器可以变成几种不同的重复控制器.由文献[1]可知，通过调节重复控制器增益ko和ke可以控制系统的收敛速度，增大ko可以加快系统的收敛速度；但是在奇数次谐波重复控制系统中又有偶数次谐波，因此必须合理地选择这两个增益.文献[3]提出了一种线性超前相位补偿的重复控制器.传统重复控制器及线性超前相位补偿重复控制器的组成如图3所示.图中kr是重复控制器增益，m是相位超前阶次[3].这种结构的重复控制器能够很好的补偿系统相位，系统响应速度较快.图3 传统重复控制器及线性超前相位补偿重复控制器根据这2种重复控制器结构，文中提出了一种改进的名为双模式线性超前相位重复控制器的重复控制器，其结构如图4所示.图4 改进的重复控制器的结构1.3稳定性分析带改进重复控制器的典型闭环数字控制系统如图5所示，图中N=fs/f，f是正弦参考信号的频率，fs是采样频率，R（z）是参考输入信号，Y（z）是输出信号，E （z）是误差，D（z）是扰动输入，P（z）是被控对象，Gsf（z）是传统数字状态反馈控制器，Grc（z）是重复控制器传递函数，Yrc（z）是重复控制器的输出，Gf（z）是重复控制器的滤波补偿器，Gosg（z）和Gesg（z）是重复控制器的内模，其中Qo（z）和Qe（z）用于增强系统的鲁棒性，Qo（z）和Qe（z）使系统有更好的稳定性.图5 基于改进的重复控制器的系统框图图5中的重复控制器传递函数如下：假设G（z）=Gsf（z）P（z），则状态反馈控制下的系统闭环传递函数可表示为则从参考输入信号R（z）和扰动输入信号D（z）到输出信号Y（z）的传递函数可表示为文献[1]已经证明了当重复控制增益ko和ke满足不等式ke≥0，ko≥0和0<ko+ke<2/（1+ε）时，闭环系统是渐进稳定的，其中ε是一个正常数.为了分析改进系统的稳定性，假设ko=ke=k/2，Qo（z）=Qe（z）=Q（z），那么 Y （z）可表示为那么系统稳定的条件为：1）状态反馈控制闭环系统H（z）稳定；2）|Q2（z）（1-kzmGf（z）H（z））|≤1，Αz=ejω，0＜π＜ω/T.2 系统设计与仿真单相逆变系统如图6所示，图中udc=400 V，L=9 mH，C=11 μF，R=30 Ω，参考电压 uref是频率为50 Hz、幅值为200 V的标准正弦信号，采样频率fs=1/T=6 kHz，那么 N=fs/f=120.图6 单相逆变器闭环控制系统2.1控制器的设计将上面给出的L、C、R等参数带入前面建立的单相逆变器的状态空间方程（6）、（7），即可得到本系统的实际状态空间方程.2.1.1 状态反馈控制器系统的极点对系统的性能有关键的作用，因此可以通过状态反馈控制将系统的闭环极点配置到预期的极点处.如果u定义为下式式中：K=[k1k2].根据式（2）、（16），系统的状态方程可改写为[8].图7 系统状态反馈控制结构图7 给出了系统状态反馈控制的结构，通过调整反馈控制增益k1和k2，系统的闭环极点可以被配置到需要配置的地方，则从参考电压uref到输出电压uo的传递函数可表示为2.1.2 重复控制器在实际系统中，系统的参数如udc、L、C、R等不是完全准确不变的，为了克服由于这些参数变化引起的扰动以及负载扰动，改进的重复控制器式中：式中：2a2+2a1+2a0=1，a2>0，a1>0，a0>0.补偿器Gf（z）的设计与H（z）的特性密切相关，其最佳的选择是使Gf（z）的相频特性成为H（z）的逆特性，即Gf（z）=1/H（z）.但是，由于实际上不可能得到精确的H（z），所以为了补偿被控对象的纯相位滞后，可以用一个纯相位超前环节zm加入到补偿器中，同时用一个数字低通滤波器来代替1/H（z）.m需要根据H（z）和Gf（z）的滞后相角来选择，最佳的m是zm超前相角等于H（z）和Gf（z）总的滞后相角.2.2仿真结果与分析为了验证改进的重复控制器，进行了系统仿真，仿真中将频率为200 Hz、幅值为100 V的周期扰动作为电流扰动加入到仿真系统中.图8为改进控制器控制下的单相逆变器的输出电压响应曲线和参考电压信号，通过simulink中的FFT分析，可以得到该输出电压的总谐波含量为0.56%.由图9与图10比较可见，改进的重复控制器能够提高系统的跟踪速度与精度，传统的重复控制器在经过0.18 s后才能够使输出电压稳定在某个值，且误差为0.5，而改进的重复控制器能够在0.08 s这个极短的时间内使输出电压稳定且误差仅为0.1左右.从以上仿真结果可以看出，改进的重复控制器是有效的.图8 输出电压与参考电压信号图9 传统重复控制器控制下的输出电压误差由图8可以看出，在加入如上所述的周期性电流扰动后，经过2～3个周期的调节，输出电压就可跟上给定电压的变化，调节时间较短.图9为传统重复控制器控制下的系统误差跟踪曲线；图10为改进的重复控制器控制下的系统误差跟踪曲线.图10 改进的重复控制器控制下的输出电压误差3 结束语提出了一种改进的线性相位超前双模式重复控制器，并将其应用于对单相逆变器的控制中.控制器增益、线性超前相位以及补偿器的良好设计使系统具有高跟踪精度及快速的响应速度.仿真结果比较了改进的重复控制器与传统重复控制器控制下的单相逆变器的跟踪误差，从输出电压的波形及2种控制器下的跟踪误差波形可以看出，改进的控制器使单相逆变器的响应速度更快，误差更小.参考文献：[1]ZHOU Keliang，WEI Dan，ZHANG Bin，et al.Dual-mode structure digital repetitive control[J].Automatic，2007，43（1）：546-554.[2]WANG Yigang，WANG Danwei，ZHAN Bin G，et al.Fractional delay based repetitive control with application to PWM DC/ACconverters[C]//16th IEEE Conference on Control Application.Singapore，2007：928-933.[3]ZHANG Bin，WANG Danwei，ZHOU Keliang，et al.Linear phase lead compensation repetitive control of a CVCF PWM inverter[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics，2008，55（4）：604-612.[4]ZHANG Bin，ZHOU Keliang，YE Yongqiang，et al.Design of linear phase lead repetitive control for CVCF PWM DC-ACconverter[C]//American Control CONFERENCE.Portland，USA，2005：1154-1159.[5]WANG Yigang，WANG Danwei，ZHANG Bin，et al.Robust repetitive control with linear phase lead[C]//American ControlConference.Minneapolis，USA，2006：232-237.[6]HANEYOSHI T，KAWAMURA A，HOFT R G.Waveform compensation of PWM inverter with cyclic fluctuating loads[J].IEEE Transactions on Industry Applications，1998，24(4）：341-349.[7]徐德鸿.电力电子系统建模及控制[M].北京：机械工业出版社，2006.[8]胡寿松.自动控制原理[M].北京：科学出版社，2001.。

基于双环控制和重复控制的逆变器研究

基于双环控制和重复控制的逆变器研究摘要：研究了一种基于双环控制和重复控制的逆变器控制技术，该方案在电流环和瞬时电压环之外附加了一个重复控制环。

在实现输出电压解耦和扰动电流补偿后，根据无差拍原理设计的双环控制器使逆变器达到了很快的动态响应速度；位于外层的重复控制器则提高了稳态精度。

该方案在一台基于DSPTMS320F240控制系统的PWM逆变器上得到验证。

关键词：逆变器；双环；无差拍；重复控制引言随着闭环调节PWM逆变器在中小功率场合中的大量使用，对其输出电压波形的要求也越来越高。

高质量的输出波形不仅要求稳态精度高而且要求动态响应快。

传统的单闭环系统无法充分利用系统的状态信息，因此，将输出反馈改为状态反馈，在状态空间上通过合理选择反馈增益矩阵来改变逆变器一对太接近s域虚轴的极点，增加其阻尼，能达到较好的动态效果。

单闭环在抵抗负载扰动方面与直流电机类似，只有当负载扰动的影响最终在输出端表现出来以后，才能出现相应的误差信号激励调节器，增设一个电流环限制启动电流和构成电流随动系统也可以大大加快抵御扰动的动态过程。

瞬时值反馈采取提高系统动态响应的方法消除跟踪误差，但静态特性不佳，而基于周期的控制是通过对误差的周期性补偿，实现稳态无静差的效果，它主要分为重复控制和谐波反馈控制。

本文提出了一种基于双环控制和重复控制的逆变器控制方案，兼顾逆变器动静态效应，另外使用状态观测器提高数字控制系统性能。

1 逆变器数学模型单相半桥逆变器如图1所示，L是输出滤波电感，C是输出滤波电容，负载任意，r是输出电感等效电阻和死区等各种阻尼因素的综和。

U是逆变桥输出的PWM电压。

选择电感电流iL和电容电压vc作为状态变量，id看作扰动输入，得到半桥逆变器的连续状态平均空间模型为根据式(1)，很容易得到逆变器在频域下的方框图，如图2所示。

PWM逆变器的动态模型和直流电机相似，转速伺服系统的设计方法在这里也适用。

本文借鉴直流电机双环控制技术，并改造成为多环控制系统，在逆变器波形控制上取得了很好的效果。

SPWM逆变电源数字重复控制的改进方案

统有较快的响应速度．实验结果表明该控制方案能获得良好的动、稳态性能．
关键词：逆变电源；重复控制；数字控制中图分类号：ＴＭ４６４文献标志码：Ａ文章编号：１００６— ４７２９（２０１３）０３— ０２１７— ０４
ｓｙｓｔｅｍ’ Ｓｆａｓｔｒｅｓｐｏｎｓｅｓｐｅｅｄ．Ｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｅｈａｔｔｈｅｔｐｒｏｐｏｓｅｄｓｃｈｅｍｅｃａｎａｃｈｉｅｖｅｇｏｏｄｄｙｎａｍｉｃａｎｄｓｔｅａｄｙ — ｓｔａｔｅｐｅｆｏｒｒｍａｎｃｅ．
（１．ＳｃｈｏｏｌｆｏＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９０，Ｃｈｉｎａ；
第２９卷第３期２０１３年６月
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Ｖｏ１．２９．ＮＯ．３Ｊｕｎ．２０１３
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ｐｅｉｏｒｄｉｃｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅａｎｄｔｈｕｓｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｔｅａｄｙ— ｓｔａｔｅｐｅｒｆｏｍａｒｎｃｅ．Ｃｏｎｒａｔｒｉｌｙ，ｔｈｅｄｅａｄｂｅａｔｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｃａｎｆｅｅｌｍｕｔａｔｉｏｎｏｆｉｎｐｕｔｅｒｒｏｒａｎｄｐｒｏｄｕｃｅａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｏｎｉｍｍｅｄｉａｔｅｌｙｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅ

基于重复控制的全数字单相逆变电源研究

中图分类号：Ｔ６Ｍ４４
文献标示码：Ａ
Ｒｅｅｒｈｏｌ－ｇｔｌＳｎｌｓａｃｎＦｕｌＤｉｉａｉｇｅＰｈａｅＩｅｔｒｓｎｖｒｅＢａｅｎＲｅｔｔｖｎｒｌｓｄｏｐｅｉｉｅＣｏｔｏ
ＡｂｔａｔＴｉｐｐｒｅｔｂｉｅｔｅｔａｄ１｝ｉｖｒｅｎｔｄｅｓｒｐｔｉｅｃｎｒｌｓｒｃ：ｈｓａｅｓａｌｈｓａｍａｈｍａｉｌｓｃｍｏｅＤＷＭｅｔｒａｄｉｒｕｅｅｅｉｖｏｔｐｎｎｏｔｏ
ＪａｏｘｉｎｇＨｎｇｕｎ
（ｃｕｎＥｌｃｒｍｅｈｎｃｌｎｔｕｅｏｏａｉｎａｄＴｅｈｏｏｙＰｎｈｈａ６１００ＳｃｕｎＣｈｎＳｉｈａｅｔｏｃａｉａｓｉｔｆＶｃｔｏｎｃｎｌｇ，ａｚｉｕ７０，ｉｈａ，ｉａ）Ｉｔ
ｔｅｒ．ｎｏｄｒｔｍｒｖｅｑａｉｖｒｅａｅｏｍａｍｏｉｅｐｔｉｏｔｌｙｔａｅｎｈｏｙＩｒｅｉｐｏｅｔｕｌｙｏｉｅｔｒｗｖｆｒ，ｄｄｒｅｉｖｃｎｒｓｅｂｓｄｏｏｈｔｆｎｉｆｅｔｅｏｓｍ
ｃｎｒｌｙｔｍｈｓｏｈｇｏａｉｒｏｍａｃｎｆｓｓｏｓ．ｏｔｓｅａｔｏｄｓｔｐｅｒｎｅｄａｔｅｐｎｅｏｓｂｔｃｆａｒ
Ｋｅｒｓｉｖｒｅ，ｅｔｉｅｃｎｒｌｄｇｔｌｏｔｏＰｙｗｏｄ：ｎｅｔｒｒｐｅｉｖｏｔｏｉｉｎｒｌＤＳｔａｃ

一种快速重复控制策略在单相逆变电源中的应用

一种快速重复控制策略在单相逆变电源中的应用郭伟玮;卢晓东;冯仁剑【摘要】The total harmonic distortion of the output voltage is an important performance index for inverter.Thus,the suppression of harmonic distortion is a research focus in the inverting field.The disturbance that caused the harmonics distortion of the output voltage in the inverter system is mainly composed by odd harmonics while even harmonics content is relatively low.Therefore,an odd-harmonic repetitive control scheme was proposed for pulse width modulation inverter system.This method improves the overall system error convergence rate by sacrificing the even harmonics bined with an odd-harmonic periodic generator,a zero-phase compensator was designed for the controlled system.Experimental results verify the odd-harmonic repetitive control can effectively reduce the time of the error convergence and improve the dynamic response speed of the system.%输出电压总谐波失真是逆变电源的一项重要指标,因此抑制谐波失真一直是逆变领域的研究热点.引起逆变系统输出电压谐波失真的扰动信号主要由奇次谐波组成,偶次谐波的含量很小.利用此特点逆变系统,提出一种奇次谐波重复控制方法.建立了被控系统模型,基于性能分析及稳定性设计准则,并结合奇次谐波周期信号发生器,设计了相应的零相移补偿器及辅助补偿器.实验结果表明此方法不但可以有效衰减系统奇次谐波干扰,还可以有效地缩短误差收敛时间,提高系统的动态响应速度.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2013(043)009【总页数】4页(P56-59)【关键词】逆变器;谐波抑制;重复控制;奇次谐波【作者】郭伟玮;卢晓东;冯仁剑【作者单位】北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京100191;北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京100191;北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京100191【正文语种】中文【中图分类】TM464。

基于重复控制的全数字UPS逆变器

基于重复控制的全数字UPS逆变器
摘要：分析了逆变器波形重复控制技术的原理和设计方法，提出了双环PI 控制和重复控制相结合的复合控制方法，仿真和实验结果表明该方法对于非线性负载下的UPS 逆变器输出波形具有校正作用。

关键词：重复控制；UPS 逆变器；双环PI 控制
1 引言
衡量UPS 逆变器性能的好坏，通常有以下一些指标：电压、频率、总谐波含量（THD）、负载调整率、动态响应等，上述这些指标的好坏是与逆变器的
控制息息相关的。

由于电力电子设备的模拟控制技术存在着一些其自身无法克服的缺点[1]，控制手段已经大大落后于现代控制理论的发展，所以其向数字控制的转变已是必然趋势。

UPS 的应用场合要求非常高，因此，单电压环控制显然无法满足应用要求，为了提高逆变器的静态动态特性，需要采用多环控制技术。

电流模式控制是一种多环控制策略，它用误差电压的调节输出作为反馈电流的指令，能够获得比较好的静态动态特性,但是不能解决在非线性负载（如整流桥负载）下输出电压THD 较高的问题。

近年来，随着电机控制的专用DSP 的推出，基于DSP 的逆变器数字控制技术发展很快，应用波形重复控制技术[4，5]，可以有效地解决
上面提到的问题。

但是重复控制也有缺点，就是其动态特性非常差。

本文介绍的复合控制把上述两种控制方法结合在一起，扬长避短，获得了很好的效果。

2 电感电流模式控制
一般有以下几种电流模式控制方法[3]：滞环电流控制，电流预测控制和SPWM 电流控制。

其中SPWM 电流控制方法是将电流误差信号与三角波比较，产生4 路SPWM 控制信号，它的开关频率是恒定的，同时控制逻辑也很容易。

基于重复控制和瞬时值控制的数字化逆变电源的研究

图１主电路
收稿日期：２０．ｌ１０６０。２
作者简介：周棵（９Ｏ）１８一，女，华中科技大学电力电子与电力传动专业研究生。
维普资讯
船电技术２０年０６图１为一个带Ｌ滤波器的单相逆变器的主电ｃ０一路结构图。选择电容电压和一Ｌ电流作为状电感态变量，可得状态空间表达式如下：
ＰＷＭ波形通常只含有载波频率及载波倍频附近
２逆变器的数学模型
的高次谐波，因此，一般ＰＷＭ逆变电源通常由逆变桥和二阶ＬＣ滤波器组成。Ｃ滤波器的转折Ｌ频率通常选在开关频率的１０左右，／１远远低于逆变器的开关频率，对高次谐波具有明显的衰减作
ｓｓｅＲｅｔｉｅｃｎｒｌｉｕｅｅｕｅｖｌｇｉｔｒｉｎｕｄｒｎｎｉｅｒｌａｓａｄａｓｍｐｏｅｔｅｙｔｍ；ｐｅｉｖｏｔｏｓｓｄｔｒｄｃｏｔｅｄｓｏｔｎｅｏｌａｄｎｌｏｔｉｒｖｈｔｏａｏｎｏｏ
ｕｅｅｕｅｕｄｍｎａｃｍｏｅｔｉｕｂｎｅａｄｔｉｐｏｅｔｅｄｎｍｃｒｓｏｓｐｏｅｓｏｅｓｄｔｒｃｎａｅｔｏｐｎｎｄｓｒａｃｎｒｖｙａｉｅｎｅｒｃｓｆｔｏｄｆｌｔｏｍｈｐｈ
１］
．
第２期
４１
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０
１ ● ●● ● ｊ
—．．．．．．．．ＬＯ．．Ｌ．．＋．，．．．．．．一．．．
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基于pi+重复控制的单相逆变器研究

基于pi+重复控制的单相逆变器研究文章标题：基于Pi+重复控制的单相逆变器研究1. 背景介绍单相逆变器是一种将直流电转换为交流电的装置，广泛应用于太阳能发电系统、电动汽车充电桩等领域。

而在单相逆变器的控制算法中，Pi+重复控制是一种常见的控制策略，具有较好的动态性能和稳定性。

本文将围绕基于Pi+重复控制的单相逆变器进行深入探讨。

2. Pi+重复控制原理及特点Pi+重复控制是一种混合控制方法，结合了比例积分控制和重复控制的优点。

在单相逆变器系统中，Pi+重复控制可以有效抑制谐波、提高电流质量，并且具有良好的鲁棒性和动态响应。

其控制原理涉及到频率锁定环（PLL）和电流环控制，能够实现高精度的交流电压输出。

3. Pi+重复控制在单相逆变器中的应用通过Pi+重复控制算法，单相逆变器可以实现高效、稳定的能量转换。

该控制策略在太阳能逆变器、UPS电源系统、电动汽车充电桩等领域得到广泛应用，为系统提供了可靠的电能输出。

4. Pi+重复控制的优化与改进随着电力电子技术的发展，对Pi+重复控制算法的优化和改进势在必行。

结合深度学习、模糊控制等新技术，可以进一步提高单相逆变器系统的性能和效率。

5. 个人观点及总结在单相逆变器研究领域，Pi+重复控制作为一种有效的控制策略，为系统的稳定运行和高质量能量输出提供了重要支撑。

未来，随着新技术的不断涌现，Pi+重复控制算法必将迎来更加广阔的应用前景。

通过对基于Pi+重复控制的单相逆变器进行深入研究，我们不仅可以更好地理解其工作原理和特点，还能够为相关领域的工程实践提供有力支持。

期待本文能为您带来对单相逆变器控制策略的深入理解，并激发更多关于Pi+重复控制算法的思考和探索。

在单相逆变器系统中，Pi+重复控制算法是一种常见的控制策略，具有较好的动态性能和稳定性。

但是，随着电力电子技术的发展和需求的不断增加，对Pi+重复控制算法的优化和改进变得尤为重要。

本文将继续探讨Pi+重复控制算法的优化与改进，并展望未来该算法在单相逆变器系统中的应用前景。

基于单相全桥逆变器的重复控制应用研究

基于单相全桥逆变器的重复控制应用研究
刘小目
【期刊名称】《科学与财富》
【年(卷),期】2015(007)0Z2
【摘要】针对逆变器输出电压在非线性负载的影响下出现的波形失真问题,把重复控制应用到逆变器波形控制中,利用重复控制的特性得到一种性价比较高的控制方法.首先通过典型的重复控制系统结构,分析了系统的稳定性、误差收敛速度、稳态误差,然后在对系统分析的基础上,确定了在谐波抑制中采取主要针对中低频段,放弃高频对消来增加稳定裕度的重复控制器的设计思路.
【总页数】1页(P274)
【作者】刘小目
【作者单位】武汉工程大学电气信息学院武汉 430000
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于状态反馈的单相电压型逆变器重复控制 [J], 贾要勤;朱明琳;凤勇
2.基于重复控制的单相分时复合级联光伏逆变器控制 [J], 耿攀;吴卫民;叶银忠;刘以建
3.基于PI+重复控制的单相逆变器研究 [J], 吴健芳;王飞;赵佳伟
4.基于Matlab的离网光伏单相全桥逆变器控制策略 [J], 安聪慧; 郭英军; 孙鹤旭; 孔洪洪
5.单相全桥逆变器基于电容电流反馈的有源阻尼控制策略研究 [J], 汪玲;王成悦
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单相逆变电源复合重复控制器设计研究

单相逆变电源复合重复控制器设计研究摘要：将重复控制与模糊控制应用于单相逆变电源，构成了一种低成本、高性能的复合控制系统。

重复控制器是改善非线性负载下输出电压波形的一种有效手段，模糊控制则可以加快系统响应速度。

本文分析了复合控制系统的结构、重要参数的设计并用MATLAB/Simulink对系统模型进行仿真，结果表明该系统获得了良好的稳态和动态性能。

关键词：逆变器重复控制模糊控制复合控制引言目前，逆变电源在各行各业得到了广泛应用，如何抑制逆变器谐波、提高电压品质成为当前研究的一个热点问题。

在非线性负载时，用传统PID控制器不能达到理想的控制效果，输出电压波形畸变严重，因此，一些新型的控制方式被应用于逆变电源，如多环反馈控制、无差拍控制、重复控制、滑模变结构控制、模糊控制等都取得了良好的控制效果。

但每一种控制策略都有其特长，也存在一些问题，因此可将这些控制方案有选择地组合在一起，构成复合控制，使它们取长补短，发挥各自的优势。

复合控制是当前逆变器控制策略的一个发展方向。

一、逆变器数学模型如图（1）为逆变器主回路，其后带有LC滤波器。

设滤波电感值为L，滤波电容为C，RL和RC分别为滤波电感、电容的等效串联电阻，E为母线电压，Ui为滤波电路的输入电压，Uo为滤波电路的输出电压，当负载为电阻性负载R时，Ui对Uo的传递函数为：在上式中，令R→∞，得逆变器空载时的传递函数为：图（1）带LC滤波器的单相逆变器主回路二、重复控制器设计1.重复控制器原理重复控制基本思想源于控制理论中的内模原理，是把作用于系统外部信号的动力学模型植入控制器以构成高精度反馈控制系统的一种设计原理，它能够消除所有包括在稳定闭环内的周期性误差。

其思想是假定前一周期出现的基波波形畸变将在下一基波周期的同一时间重复出现，控制器根据给定信号和反馈信号的误差来确定所需的校正信号，然后在下一个基波周期的同一时间将此信号叠加到原控制信号上，以消除后面各周期中的重复性畸变。

一种新的重复控制方案在逆变电源中的应用

一种新的重复控制方案在逆变电源中的应用
李亮;王威;康勇
【期刊名称】《电力电子技术》
【年(卷),期】2006(040)005
【摘要】基于内模原理的重复控制技术在逆变电源的波形控制中应用相当广泛,它对死区、非线性负载引起的波形畸变有很好的抑制作用.提出一种新的重复控制方案,通过改进周期信号发生器中的Q(z),在重复控制器的给定处插入延时环节z-m 以及采用母线电压解耦,在很大程度上提高了系统的稳态精度.仿真和实验证实,使用该控制方案的逆变电源在带波峰因子为3的非线性负载时,输出电压THD控制在0.6%,很大程度上提高了逆变电源的稳态性能.
【总页数】2页(P85-86)
【作者】李亮;王威;康勇
【作者单位】华中科技大学,湖北,武汉,430074;华中科技大学,湖北,武汉,430074;华中科技大学,湖北,武汉,430074
【正文语种】中文
【中图分类】TM46
【相关文献】
1.一种快速重复控制策略在单相逆变电源中的应用 [J], 郭伟玮;卢晓东;冯仁剑
2.中频逆变电源的新型重复PD控制方案 [J], 段善旭;毛谷雨;韩昊
3.逆变电源的自适应重复控制方案 [J], 赵海英;吴忠强
4.逆变电源的自适应重复控制方案 [J], 赵海英;吴忠强
5.基于模糊自整定PI控制和重复控制的单相正弦脉宽调制逆变电源复合控制方案[J], 吴忠强;王子洋;邬伟扬
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单相逆变器新型重复

单相逆变器新型重复
摘要：提出了一种基于重复控制和单输入模糊自整定比例控制的单相逆变器双模控制方案。

系统运行时，通过模态选择开关自动切换控制方式。

误差绝对值小于模态选择开关阈值时，重复控制可增强系统抗周期性干扰能力，改善系统稳态特性;误差绝对值大于模态选择开关阈值时，单输入模糊自整定比例控制能快速消除扰动影响，改善系统动态特性。

实验结果表明该控制方案能获得良好的动、稳态性能。

关键词：逆变器;重复控制;单输入模糊控制;模态选择
1 引言
以逆变器为核心的不间断电源广泛用于航空、航天、金融及通信等领域。

衡量逆变器输出电压波形质量的指标主要包括稳态精度、动态响应和总谐波畸变率。

逆变器的各种控制方案均有其优势，但也存在不足。

重复控制利用扰动的重复性逐基波周期地修正输出电压，能够获得很高的稳态精度，但由于重复控制的前向通道上串联了一个周期延迟环节，导致重复控制器需延迟一个基波周期才对系统产生调节作用，因此其动态特性较差。

模糊控制无需被控对象的精确模型，特别适合逆变器等非线性系统，且其响应速度快、自适应性强，能有效消除系统外部扰动，但由于稳态特性较差，难以获得很高的控制精度。

此处提出一种将重复控制与单输入模糊自整定比例控制相结合的双模控制方案，综合了两者的优点，很大程度地改善了系统的动、稳态性能。

2 逆变器数学模型
具有单相两电平硬开关、接有后级LC滤波器的逆变器，无论采用半桥还是全桥结构，调制方式为单极性还是双极性，均可抽象为图1所示电路模。

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电容分别为：L=1.2 mH，C=80 µF，电感等效电
阻为 Rr=0.2 Ω，则：
3227.52 P(s) =
s2 + 166.7s + 3227.52
（3）
由（3）可见，系统空载时传递函数是一阻尼很小的系统，其频率特性如图 2 所示，由图可见，系统空载时的谐振峰值超过了 20 dB，稳定裕度很小。高谐振峰值的存在降低了系统的相位裕量，对系统稳定性不利，在选择控制策略时首先要提高系统的相对稳定性，改善系统的小阻尼。
Vol.31 No.1 2011.1
船电技术|控制技术
基于重复控制的全数字单相逆变电源研究
姜洪训
(四川机电职业技术学院，四川攀枝花 617000)
摘要：本文建立了 PWM 逆变器的数学模型。介绍了重复控制理论，为了改善逆变器波形质量，提出了一
种基于改进型重复控制的单相逆变器系统的设计。采用 DSP 实现了数字闭环控制方案，设计了系统硬件和
3 系统控制策略
3.1 重复控制的基本原理重复控制是一种改善逆变电源稳定性有效方
法。重复控制的基本思想源于控制理论中的内模原理，内模原理是把作用于系统的外部信号的动力学模型植入控制器以构成高精度的反馈控制系统[3,4]。这个外部信号的数学模型就是所谓的“内模”（internal-model）。要获得被控系统的周期性扰动信号并不困难, 只要一个反馈系统的前向通道包含有积分环节 1/s，则该系统对于阶跃型指令可以做到无静差跟踪，同时还可以完全抵消掉所有作用于积分环节之后的阶跃型扰动对稳态输出的影响。重复控制理论利用内模原理，在稳定的闭环系统内设置一个与外部信号同周期的内部模型，从而使系统实现对外部周期参考信号的稳态跟踪。
收稿日期: 2010-09-01 作者简介：姜洪训（1967—），男，讲师，专业方向：电气自动化。
调节，它跟踪快速变化的正弦波时无法消除静态误差。而重复控制是基于内模原理的一种新型的控制策略，它对周期性外激信号的跟踪和抑制具有良好的稳态输出特性，鲁棒性好。本文建立了单相逆变器的数学模型，并对开环逆变器进行了分析，分析了双环控制的特点，提出了一种双环控制与重复控制相结合的控制方案，最后以 TMS320LF2407 为主控芯片搭建了一台 50 Hz 单相逆变器实验系统，并进行了实验，给出了实验结果，证明了所建立模型的正确性。
Magnitude (dB)
Bode Diagram 0
-20
-40
-60
-80
-100
-120 0
-90
-180
-270
-360
-450
-540
101
102
103
104
Frequency (rad/sec)
Phase (deg)
图 5 校正后的逆变器的频率特性曲线
系统以 TMS320LF2407 作为主控芯片，它主
1 引言
SPWM 逆变器是目前应用最广泛的一种逆变器，作为一种高性能的逆变器，除了要求它满足体积小、重量轻和电磁兼容性好等基本指标外，还必须具备输出高质量电压波形的能力、且有足够的输出功率和高稳定性[1]。为此近年来人们对其提出了多种控制方法以改善其输出波形的质量，如 PID 控制、重复控制、双环反馈控制、三环控制、、无差拍控制等，其中应用最多的是电压电流双环控制方案和重复控制方案。双环控制具有控制器设计简单，输出电压波形失真小、动态响应快等优点，但这种双闭环控制方案采用 PI
软件，并进行了实验。实验结果证明带重复补偿的逆变系统波形质量好，精度高，输出电压波形畸变率小；
该控制系统既有较好的稳态性能，又有较快的响应速度。
关键词：逆变器重复控制数字控制 DSP
中图分类号：TM464
文献标示码：A
文章编号：1003-4862 (2011)01-0001-05
Research on Full-Digital Single Phase Inverter Based on Repetitive Control
Jiang Hongxun
（Sichuan Electromechanical Institute of Vocation and Technology, Panzhihua 617000, Sichuan, China）
Abstract: This paper establishes a mathematical model of PWM inverter and introduces repetitive control theory. In order to improve the quality of inverter waveform, a modified repetitive control system based on single-phase inverter is proposed. Using DSP, it realizes digital closed-loop control, and designs system’s hardware and software experiments. Experimental results show that the inverter system with a repeat compensation has good waveform quality, high precision and. low distortion output voltage waveform. The control system has both good static performance and fast response. Key words: inverter, repetitive control, digital control, DSP
1
P(s) =
sC // RL
=
1
sL
+Rr
+(
1 sC
//
RL
)
s2LC +
L s(
RL
+ RrC) +1+
R，此时将（1）式写成标准形式，则：
P(s) =
ω
2 n
s2
+
2ξωn s
+
ω
2 n
（2）
式中： ωn=
1
， ξ = Rr
LC
2
C ，取滤波电感、 L
谐振峰值超过了 20 dB，需要设计 S(z)来消除它，
这里补偿器 S(z)采用二阶滤波器。由于谐振峰值
过高，按将谐振峰值降为 0 的标准，综合 Matlab
软件频域分析，选取 S(z)为:
S(z) = 0.0699z + 0.0522 z 2 −1.398z + 0.516
（6）
系数 Kr 为重复控制器增益，由于经过重复控制二阶滤波器补偿后谐振峰值应小于 0，此时 Kr 的取值需要小于 1，选取 Kr=0.6。图 5 为加入重复控制后的逆变器的频率特性曲线，可以看出经过校正补偿后，逆变器幅频特性曲线中低频段谐振峰值已衰减到 0 附近，转折频率后，系统以-80 dB/dec 下降，可有效抑制高频干扰信号，且由 S(z)P(z)引起的相位滞后得到较好的补偿。
ui
uo
Q(z)z-N
图 3 改进型重复控制器内模结构
3.2 重复控制器设计图 4 为基于重复控制的逆变电源控制方案，
图中应用改进型重复控制内模结构，重复控制器内模设计主要是对 Q(z)的选取，它的选取应考虑
船电技术|控制技术
到系统的稳定性和收敛性，一般 Q(z)可以是一个低通滤波器，也可以简单地取为一个略小于 1 的常数，以减弱积累的效果。但取低通滤波器实现起来比较复杂，根据经验设计一般取 Q(z)=0.98[5]。补偿器 S(z)用以改造被控对象的特性，以保证系统稳定等，通常选为二阶滤波器；相位补偿环节 zk(k 为超前步长)，它是用于 S(z) 和控制对象所带来的总相位滞后，它使控制器按上一周期的误差信息在下一周期提前 k 拍发出校正量；比例系数 Kr 是用来最终确定校正量的幅值，取值为 0 ≤ K r ≤ 1 ；P(z)为控制对象的传递函数。
Vol.31 No.1 2011.1
Ud 为直流母线电压，u1 为逆变桥输出电压，uo 为逆变器输出电压，i1 为流过滤波电感的电流，io 代表负载电流。
图 1 单相全桥逆变器的主电路原理图
设主电路中的各元件为理想元器件，忽略开关管在开关过程中的损耗，忽略开关纹波，则可将开关电路视为电压放大器，逆变器的动态特性主要由 LC 滤波特性决定，取 u0 作为输出，u1 作为输入，由图 1 可得逆变器的传递函数为：
3.6
1.8
0 2 6 10 14 18 22 26 30 34 38 42 46 50
由于控制系统数字化的发展趋势，再加上纯延时环节难以用模拟手段实现，所以实际应用中重复控制全都是以数字方式实现的，重复信号发生器的离散形式是:
G(
z)
=
1
−
1 z
−N
（4）
2
Vol.31 No.1 2011.1
式中：N 为每次基波周期的采样次数，图 3 示出改进的重复控制器的内模结构。其中 Q(z)为辅助补偿环节，可选为滤波器。
3
船电技术|控制技术
要完成重复控制算法的数字实现、输出 PWM 控制脉冲、定时中断采样、电压电流温度采样值的 A/D 转换和系统综合保护等。系统软件包括主程序和中断服务程序组成，主程序完成系统初始化及中断服务设置。实时性要求高的部分由中断服务程序完成。
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系统实验参数：L=1.2 mH，C=80 µF，输出频率 f=50 Hz，额定输出电压：Uo=220 V，开关频率为 20 kHz。图 7 所示是空载时的输出电压波形，此时的输出电压 THD=0.82%。图 8 示为带额定阻性负载时输出电压、电流波形与谐波分析图，其输出电压 THD=1.080%；逆变器的动态性能实