PWM逆变电源双环控制技术研究
三相电压型PWM整流的新型双闭环控制策略
三相电压型PWM整流的新型双闭环控制策略一、本文概述随着电力电子技术的快速发展，三相电压型PWM整流器因其高效率、高功率因数以及优良的电能质量调节能力，在电力系统中得到了广泛应用。
然而，传统的三相电压型PWM整流器控制策略在复杂多变的电网环境下往往难以达到理想的性能。
因此，研究并开发新型的控制策略，以提高整流器的稳定性和动态响应能力，具有重要的理论价值和实际应用意义。
本文提出了一种三相电压型PWM整流的新型双闭环控制策略。
该策略结合了传统的电压外环和电流内环，通过引入一种新型的非线性控制算法，实现了对整流器输出电压和电流的精确控制。
同时，该策略还考虑了电网电压的波动和负载变化的影响，通过动态调整控制参数，保证了整流器在各种工况下的稳定运行。
本文首先介绍了三相电压型PWM整流器的基本原理和传统的控制策略，然后详细阐述了新型双闭环控制策略的设计和实现过程。
接着，通过仿真和实验验证了该控制策略的有效性和优越性。
对本文的研究成果进行了总结，并对未来的研究方向进行了展望。
本文的研究工作为三相电压型PWM整流器的控制策略提供了新的思路和方法，对于提高整流器的性能和稳定性，推动电力电子技术的发展具有积极的意义。
二、三相电压型PWM整流器的基本原理三相电压型PWM整流器是一种能够实现AC到DC转换的电力电子设备，其基本原理基于PWM（脉冲宽度调制）技术和三相电力电子变换技术。
该整流器主要由三相桥式电路、PWM控制器和滤波电路组成。
三相桥式电路由六个开关管（通常是IGBT或MOSFET）组成，分为上桥臂和下桥臂，每相上下各两个开关管。
通过控制这些开关管的通断状态，可以实现AC电源与直流负载之间的能量转换。
当开关管导通时，相应的相线与直流侧正极或负极相连，形成通路；当开关管关断时，相线与直流侧断开。
PWM控制器是整流器的核心部分，负责生成控制开关管通断的信号。
控制器根据输入的电压和电流信号，以及设定的控制策略，计算出每个开关管应该导通的时间，从而生成PWM信号。
逆变器电压电流双环控制设计及研究
ＤＯ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６— ４ ７ ２ ９ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ２ ． ０ ０ ６
逆 变 器 电压 电流 双 环 控 制 设 计 及 研 究
孙 静， 曹 炜， 苏 虎， 杨道 培
２ ０ ０ ０ ９ ０ ）
（ 上海电力学院 电气工程学 院 ， 上海
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｆ Ｖｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ａ ｎ ｄ Ｃｕｒ ｒ ｅ ｎ ｔ
Ｄｕ ａ ｌ － ｌ ｏ ｏ ｐ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｆ ｏ ｒ Ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｓ
Ｓ ＵＮ Ｊ ｉ ｎｇ，ＣＡＯ Ｗｅ ｉ ，Ｓ Ｕ Ｈ ｕ，ＹＡ ＮＧ Ｄａ ｏ ｐ ｅ ｉ
Ａ ｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ： Ｔｈ ｅ Ｐ Ｉ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｉ ｓ ｕｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｂｏ ｔ ｈ ｉ ｎ ｎ ｅ ｒ ｃ ｕｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｌ ｏ ｏ ｐ ａ ｎ ｄ ｏ ｕ ｔ ｅ ｒ ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ ｌ ｏ ｏ ｐ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ
第３ １卷 第 ２期
２ ０ １ ５年 ４月
上
ｏ ． ２ Ａｐ ｒ ． ２ ０ １ ５
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐｏ ｗｅ ｒ
ｂ ｏｔ ｈ ｂ ｏ ｄ ｅ ｄｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎｓ ｅ． Ｔｈ ｅ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｓ ｏ ｆ ｐ ｒ ｅ ｖ ｉ ｏ ｕｓ ｌ ｙ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｄ ｕ ａ ｌ — ｌ ｏ ｏ ｐ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ
三相PWM逆变器新型双闭环控制策略研究
三相PWM逆变器新型双闭环控制策略研究作者：索亚楠张武罗心宇喻景康来源：《科技视界》2015年第07期【摘要】随着逆变器在众多领域越来越重要，而传统的电压电流双闭环控制波形质量和响应速度不高，因此本文对传统方法进行改进，提出了一种新型控制方法，即不需要电感L准确值的电流解耦控制和采用模糊算法设计电压环来实现对输出电压控的稳定控制。
并用MATLAB SIMLIMNK进行仿真建模，实验结果表明此控制策略电压输出波形比较稳定。
【关键词】PWM逆变;无电感;电压模糊控制Resarch on New Double Closed-Loop Controlling Strategy Based on Three-Phase PWM Inverter SUO Ya-nan ZHANG Wu LUO Xin-yu YU Jing-kang【Abstract】With inverter is more and more important in many areas， the traditional voltage current double closed loop control waveform quality and speed of response is not high， so to improve the traditional method， this paper proposes a new control method， which does not need the inductance L accurate value of current decoupling control and fuzzy algorithm design voltage loop to achieve the stability control of the output voltage control. With MATLAB SIMLIMNK simulation modeling， experiment results show that the control strategy of voltage output waveform is stable.【Key words】PWM inverter; Without inductance; Fuzzy of voltage controll0 引言鉴于逆变器在光伏发电等新能源领域的重要性，逆变器输出稳定的电压电流波形称为人们研究的重点。
逆变电源双环控制技术的研究与设计
逆变电源双环控制技术的研究与设计【摘要】通过对逆变电源的数学模型分析，以电感电流和电容电压为反馈量进行闭环控制。
双环控制方案的电流内环扩大逆变器控制系统的带宽，使得逆变电源动态响应加快，输出电压的谐波含量减小，非线性负载适应能力加强。
最后，通过仿真和实验结果，表明所设计的双环控制策略具有电流跟踪快速，电压稳定稳定的特点。
1 引言交流移动设备使用量越来越多，如何将直流电源变为稳定的电能提供给设备已成为研究热点。
近年来4G技术的快速发展，移动应急通信基站需要大量的逆变电源。
在研项目正在建设一个移动电源研究平台，将直流电通过一台逆变电源转变成设备所需的交流电源，该逆变器是系统的一个关键部件。
在此为移动逆变电源研究平台设计了以电感电流和电容电压为反馈变量双闭环的控制策略，通过该逆变电源，为移动交流用电设备提供稳定可靠的电能。
2 逆变电源的工作模式逆变电源工作在如图1所示的四象限模式下，实现能量从交流侧移动设备和储能电池的双向流动。
一、三象限逆变电源向移动负载设备输出电能，二、四象限逆变电源从移动设备回收能量。
3 逆变电源的模型电流内环控制结构框图如图3，经过电流霍尔采集逆变电源输出电流与设定电流值做差运算，通过调节，产生给定信号。
设定电压前馈叠加电容电压，在输出滤波电感上得到电流控制信号。
可得电流环传递函数图4 电压外环控制结构框图电压外环控制结构框图如图4，经过电压霍尔采集输出电压信号与设定值做差运算，通过调节，产生给定信号。
电感电流信号前馈得到电流的误差信号，乘上电流霍尔系数1/ ，叠加电感电流，在输出电容上形成输出电压信号。
可得电压环传递函数5 仿真与实验逆变电源的参数如下，直流侧电源电压Vd = 200V，开关频率10KHz，三角载波峰值5V，电流霍尔0.2V/A，电压霍尔100：1，滤波电感1mH，滤波电容30uF，负载20Ω。
仿真波形如下图5在0.0875秒，设置负载突变为10Ω。
输出电压的动态响应过程为2m秒，动态响应速度快，波形质量无明显变化。
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。
逆变器双环控制算法仿真研究
逆变器双环控制算法仿真研究王川川，朱长青，顾闯（军械工程学院河北石家庄050003）摘要：经典PID 控制算法在逆变器中获得广泛应用，但控制效果和精度有待改进和提高，针对此问题，研究了双环控制算法在逆变器控制中的应用，给出了双环控制逆变器的结构，设计了电压环和电流环的控制参数。
在MATLAB/Simulink 软件中构建了双环控制逆变器的仿真模型，通过仿真，验证了控制参数选择的可行性，证明逆变器在采用双环控制算法时具有好的输出性能。
关键词：逆变器；双环控制；MATLAB/Simulink ；仿真中图分类号：TM464文献标识码：A文章编号：1674－6236（2011）04-0078-04Research on inverter ’s double loop control algorithm by simulationWANG Chuan -chuan ，ZHU Chang -qing ，GU Chuang（Ordnance Engineering College,Shijiazhuang 050003，China ）Abstract:The classical PID control algorithm is extensively used in inverter ，but its control precision should be improved ，Being aimed at this problem ，double loop control algorithm in inverter's control is researched in this paper.The composition of inverter using double loop control algorithm is given ，and the parameters'of voltage and current are designed.Simulation model of inverter by using double loop control algorithm is constructed .By the way of simulation ，the choose of control parameters are tested and verified ，and it's proved that the inverter has good output performances when double loop control algorithm is used.Key words:inverter ；double loop control ；MATLAB/Simulink ；simulation收稿日期：2010-09-30稿件编号：201009115作者简介：王川川（1985—），男，河南濮阳人，博士研究生。
基于双环控制的PWM 逆变器的研究
图 2 带负载前馈的电感电流内环 电压外环控制系统方框图
( ) ) 根据图 ( ) 可推 导 出 电 感 电 流 内 环 的 开 环 和 闭 环 ! 传递函数 :
3 控制系统极点配置与性能分析
假设电压 、 电流调节器分别为 :
k $ i )= k G s v( $ p+ s k ! i )= k G s i( ! p+ s 经计算得知整个系统的闭环特征方程为 :
$ ( ) & u $ L C S! +r C S +$ 由于这里的等 效 电 阻 r 很 小 , 则逆变器可以近似
压外环电流内环的双环控制方案是高性能逆变电源的
!] 发展方向之一 [ , 双环控制方案的电流内环扩大逆变
u " =
器控制系统的带宽 , 使得逆变器动态响应加快 , 非线性 负载适应能力加强 , 输出电压的谐波含量减小 。
系统的控制器参数按 常 规 方 法 设 计 , 需考虑两个调节 器之间的响应速度 、 频 带 宽 度 的 相 互 影 响 与 协 调 , 控 制器设计步骤复杂 , 还需要反复试凑验证 ; 采用极点配 置方法大大简化了设 计 过 程 , 同时能满足高性能指标 要求 , 这种设计方 法 具 有 明 显 的 优 越 性 。 对 于 这 样 的 高阶系统 , 为了得到所需要的动态性能和稳定性能 , 我 们的处理方法是 : 将其中两个极点配置为一对共轭极 点, 另外两个极点配置在距虚轴很远的地方 。 假设四阶 双 环 控 制 系 统 的 希 望 闭 环 主 导 极 点 为
+] 电 流i 所 以 抗 输 出 扰 动 性 能 比 较 差[ 。为 "的 突 变 ,
$+k r C +C k k! i! ! $ p & p +C + )=s D( s s + s + L C L C
新人必看的双环电流型PWM控制器原理简析
新人必看的双环电流型PWM控制器原理简析
PWM控制器对于很多工程师来说，都是在电子电路系统设计过程中不可缺少的重要配件，其中，双环电流型PWM控制器在开关电源以及LED电源设计领域的应用更是非常广泛。
本文将会就这一双环电流型PWM控制器的工作原理和运行特点进行简析，希望能够对新人工程师的日常工作提供一定帮助。
双环电流型PWM控制器工作原理
所谓的双环电流型PWM控制器，其实也是PWM控制器的一种，但这种类型的脉宽调制控制器是在普通电压反馈PWM控制环内部增加了一个电流反馈的控制环节，因此这一元件除了包含电压型PWM控制器的功能外，还能够检测开关电流或电感电流，实现电压电流的双环控制。
一个基础的双环电流型PWM控制器电路原理图如下图图1所示。
图1 双环电流型PWM控制器原理图
从图1所提供的双环电流型PWM控制器原理图中可以明显看出，这一电流型控制器有两个控制闭合环路：一个是输出电压反馈误差放大器A，用于与基准电压比较后产生误差电压。
另一个是变压器初级（电感）中电流在Rs 上产生的电压与误差电压进行比较，产生调制脉冲的脉宽，使得误差信号对峰值电感电流起着实际控制作用。
结合图1所给出的双环电流型控制器的原理图，我们可以将这一PWM控制器的工作过程总结为：假设输入电压下降，整流后的直流电压下降，经电感延迟使输出电压下降，经误差放大器延迟，Vea上升，占空比变化，从而。
PWM整流器的双闭环控制系统设计与仿真研究
（a）整流器直流侧输出电压
（b）整流器交流侧电压与电流曲线
（c）系统无功与有功的变化曲线
（d）电流跟踪电流给定值的变化曲线
图7 三相VSR双闭环系统响应曲线
Fig.7 Response curves of double closed-loop control of three phase VSR control system
总第 46 卷 第 517 期 2009 年 第 01 期
电测与仪表 Electrical Measurement &Instrumentation
Vol.46 No.517 Jan. 2009
PWM整流器的双闭环控制系统设计 与仿真研究
张晓东，王兵树，张军伟
（华北电力大学 控制科学与工程学院，河北 保定 071003）
for phase a
电流内环闭环传递函数为：
Goi=
Kp L
s+K1/KP
2
s +（R+KP）s/L+KI/L
（4）
式中KP＝KiPKPWM，KI=KiIKPWM
（5）
由式（4）求得电流内环阻尼比和自然震荡频率为：
姨姨姨姨ξ=（R+KP）
姨 2 K L 姨姨
%
姨 姨
I
姨
姨 姨
ω = 姨姨
姨
n
%
KI/L
摘要：三相电压型PWM整流器（VSR）的控制通常采用双闭环控制，如何能够便捷又准确的得到双闭环控制系统
调节器的参数成为人们越来越关注的课题。文章根据三相电压型PWM整流器的高频特性，建立了三相VSR电流
内环和电压外环的简化数学模型，该模型既能真实反映三相VSR的运行状态，又便于工程设计。根据设计要求，
SPWM逆变器双环数字控制技术研究开题报告
SPWM逆变器双环数字控制技术研究开题报告1. 研究背景随着电力电子技术的不断发展和应用的广泛推广， SPWM逆变器已经成为电力电子领域中最常用的一种逆变器，广泛应用于电力变换、电机控制、绿色能源等领域。
当前， SPWM逆变器的研究主要集中在控制策略、效率提升、电磁干扰、热管理等方面。
然而，采用传统模拟控制方法的逆变器在控制精度、动态响应和抗干扰能力方面存在较大的局限性。
因此，提高逆变器控制系统的自适应性、稳定性和可靠性，以及降低系统的传感器数目，成为逆变器研究的重点方向。
2. 研究目的本文的研究目的是采用双环数字控制技术，结合SPWM逆变器的特点，设计一种具有高性能和高精度的SPWM逆变器控制模块，提高逆变器的控制精度、动态响应和抗干扰能力，降低系统的传感器数目，提高系统的整体性能和可靠性。
3. 研究内容（1）SPWM逆变器原理及其控制策略研究本文对SPWM逆变器的原理和控制策略进行了研究，详细分析和阐述了SPWM逆变器的结构、原理、输出调制方式及其影响因素；介绍了传统的SPWM逆变器控制策略和其优缺点，分析了控制误差、动态响应、抗干扰性等问题，并对SPWM逆变器进行了状态空间控制理论分析。
（2）双环数字控制技术研究本文采用双环数字控制技术，构建SPWM逆变器控制模块，利用数字控制器采集逆变器的反馈信号，实现逆变器的电流控制和电压控制。
采用飞行时间测量技术，采集电压反馈信号，引入PI控制器并进行参数整定，实现稳定的电压控制；采用电流采样技术，应用双环控制策略，对逆变器输出电流进行控制，提高逆变器控制系统的稳定性和抗干扰能力。
（3）SPWM逆变器控制实验验证本文设计了实验平台，验证了所提出的SPWM逆变器控制模块的可行性。
实验结果表明，所设计的SPWM逆变器控制模块的电流控制和电压控制均具有很好的稳定性和控制精度，同时也具有良好的抗干扰能力。
与传统的模拟控制方式相比，所提出的数字控制方式具有更好的动态响应和整体性能，具有很好的应用前景。
基于双环控制的单相电压型PWM逆变器建模与仿真
基于双环控制的单相电压型PW M逆变器建模与仿真杨会敏宋建成(太原理工大学电气与动力工程学院，太原030024)摘要本文研究了基于双环控制的单相电压型P w M逆变器在M at l ab／s i m ul i nk下的建模与仿真。
基于状态空间平均法建立了单相电压型Pw M逆变器的数学模型，提出了电压电流双环控制策略，构建了10kV A单相电压型Pw M逆变器的s i m ul i nk模型，并进行了特性仿真。
仿真结果表明，在不同运行条件下，基于该控制策略的逆变器动态响应快，鲁棒性强，输出电压总谐波畸变率低。
关键词：Pw M逆变器；建模与仿真；状态空间平均法；双环控制M odel i ng and Si m ul at i on of a Si ngl e-pha se V bl t age PW M I nV er t e rB as ed on D ual-L oopC ont r olY a扎g H H打ni n Song j{Q ncheng(C ol l eg e of E l e ct r i c al a nd D ynam i cal Engi ne er i ng，T a i yuan U ni V e rsi t y of Technol ogy，Tai”an030024)A bs t r act M odel i ng and s i m ul a t i on on M at l ab，S i m ul i nk of a si ngl e—phas e V ol t a ge P W M i nV er t e r based on dua l-l oop cO nt rol i s s t udi ed i n t hi s paper．The m at h m od el of a s i ngl e-pha se V ol t a ge PW M i nver t e r is set up based on st a t e—sp ace aV erage m et h od．V bl t age c ur r e nt dua l-l oop cont rol st r at e gy i s pr opos ed．10kV A si ngl e—phas e V ol t a gePW M i nV e r t e r is m odel e d and t he s i m ul a t i on of per f6r m ances i s ca rr i e d out．The s i m ul a t i on r esu l t s ve ri f y t h at i n di f f er e nt ope r at i on m ode s t he i nV e r t e r w i t h t hi s cont rol st r at egy has pe rf ec t com pr eh ens i V e pe向rm ance s s u ch as r api d dyna m i c r es ponse c ha ra ct er’st rong r obust ness and l ow t ot al har m oni c di st or t i on(T H D)of t he out put vol t age。
双闭环控制的PWM可逆整流器的仿真与实验
调制比（m≤1）。 电压调节器 AUR 仍然采用 PI 调节
器，并考虑直流侧电容，则三相 VSR 电压外 环控制
结构如图 6 所示。 图 6 中，τν 表示电压环采样小时 间 常 数 ，Wci（s）为 电 流 环 闭 环 传 递 函 数 。
3 系统的仿真与实验 在 MATLAB/Simulink 环境下对上述系统进行仿
种：（1） 没有引入电流反馈的间接电流控制；（2）引 矢量将复平面划分为 6 个扇区，并在任一扇区内等 57
Vol.31No.05
双闭环控制的 PWM 可逆整流器的仿真与实验— ——朱一凡，等
效参考电压 矢量；2 条零矢 量均匀地分 布在每一个 PWM 开关周期中非零矢量以外的时间内，用以维持 PWM 波的基波频率不变。
1 PWM 整流器的基本原理 1.1 主电路分析
三相电压型 PWM 脉宽调制可逆整流器的主电 路如图 1 所 示 。 由 于 交 流 侧 电 感 Li（i=a，b，c）的 作 用，使电路呈升压斩波特性。 三相桥工作在脉宽调
入电流反馈的直接电流控制。 本文采用 dq 坐标变 换的电流直接控制方法，其参考值和反馈值在稳态 时均为直流信号，因此通过调节器可以实现无稳态 误差的电流跟踪控制。
AUR 同样为 PI 调节器，其传递函数为
WAUR（s）=Kνp
Tνs＋1 Tνs
（12）
式中 Kνp、Tν— ——电压调节器的参数，KνI＝Kνp/Tν。
电 压 外 环 的 近 似 处 理 ： 由 式 （10） 可 知 ，Wci（s）≈
1 ； 考虑对系统稳定性的最大影响， 用 0.75 1+3Ts s mImcos θ 的最大比例增益 0.75 代替； 合并电压环采 样 小 时 间 常 数 τν 和 电 流 内 环 等 效 小 时 间 常 数 3Ts， 得 Teν=τν+3Ts；忽略负载电流 iL 的扰动。 综合以上分 析，电压环的简化控制结构如图 7 所示。
PWM逆变电源双环控制技术研究
A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the RequirementsFor the Degree of Master of EngineeringResearch on Dual Loop Control Techniquefor PWM InvertersCandidate: Yu haiyangMajor: Power Electronics and Electric DriveSupervisor: Associate Prof. Peng LiHuazhong University of Science & TechnologyWuhan 430074, P.R.ChinaFebruary, 2007独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律效果由本人承担。
学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日本文研究课题受到：国家自然科学基金项目——逆变器多维状态鲁棒跟踪控制技术研究（项目编号为：50777025）和台达电力电子科教发展计划资助项目——基于状态空间理论的逆变电源极限性能研究（项目编号：DRE02006012）的资助。
谨致谢意！摘要逆变器作为UPS系统的核心部分，要求它能够输出高质量的电压波形，尤其是在非线性负载情况下仍能够得到接近正弦的输出波形，因此各种各样的逆变器波形控制技术得以发展。
逆变器电压电流双环控制设计及研究
逆变器电压电流双环控制设计及研究本文针对逆变器的电压和电流控制进行设计和研究，主要包括双环控制策略、控制器设计和实验验证等方面。
1. 双环控制策略逆变器的电压和电流控制可以采用双环控制策略进行设计，即外环电压控制和内环电流控制。
外环控制器输出的控制量为电压参考值，内环控制器输出的控制量为电流参考值。
在外环控制器中，采用比例积分控制（PI控制）策略，控制器的输入为电压误差，输出为电压参考值。
在内环控制器中，同样采用PI控制策略，控制器的输入为电流误差，输出为电流参考值。
双环控制策略能够实现对逆变器输出电压和电流的精确控制，提高逆变器的性能和稳定性。
2. 控制器设计为了实现双环控制策略，需要设计外环控制器和内环控制器。
以外环控制器为例，设电压误差为$e_v$，控制参考值为$v_{ref}$，比例系数为$K_p$，积分系数为$K_i$，则外环控制器的输出为：$u_v = K_p e_v + K_i \int_0^t e_v dt$其中，$e_v = v_{ref} - v$，$v$为逆变器输出电压。
在实际应用中，为了避免积分饱和和积分器漂移等问题，通常采用积分分离控制（PID控制）策略对PI控制进行改进。
内环控制器的设计与外环类似，以电流误差为输入，电流参考值为输出，采用PI或PID控制策略。
3. 实验验证为了验证双环控制策略的有效性，可以进行基于硬件平台的实验验证。
以SPWM逆变器为例，可以搭建逆变器硬件实验平台，通过改变电压参考值和电流参考值，观察逆变器输出电压和电流的实际变化情况。
通过实验结果可以有效地评估双环控制策略的性能和稳定性，为实际应用提供参考依据。
总之，双环控制策略在逆变器电压电流控制中具有重要的应用价值，控制器的设计和实验验证是关键步骤。
基于双环控制的电焊机逆变器的实现研究
焊 接 电 源 主 电 路 进 行 Ａ ／ Ｃ Ａ ／ Ｃ 的 功 率 Ｃ Ｄ ／ ＣＤ 交 换 ，用 来 减 少 变 压 器 体 积 和 改 善 焊 接 电源 动 态
１５ ０
／ ’ 口
Ｊ １ｘ Ｉ 、
ＶｕＪ－ ・ ｔＪ
反 馈 信 号 ， 算 出 下 一 个 采 样 周 期 逆 变 器 的 开 关 推
焊 接 的 直 流 电源 输 出 。
图 ２中 ， Ｄ ～ Ｄ 的 作用 是 当 Ｉ Ｂ Ｖ Ｖ Ｇ Ｔ关 断 时 限
Ｖ Ｖ ４ 交 替 开 通 和 关 断 ， 从而 实 现 输 出 为 交 Ｔ～ Ｔ 的
பைடு நூலகம்
电焊机具有 良好 的调节特 性和优 异的焊接性能。
３２ 电流 内环 ．
内环 采 用 无 差 拍控 制 策 略 。它 是 一 种 数 字 化 Ｐ ＷＭ 控 制 方 法 ， 有 动 态 性 能 好 ， 制 过 程 无 过 具 控 冲 的 特 点 。 由于 其 具 有 非 常 快 的 暂 态 响 应 。 此 因
路 、 桥 逆 变 器 、 频 变 压 器 和 输 出整 流 滤 波 电路 全 高
等 组成 【５ 如 图 ２所 示 。 。１ ＿，
２ 逆 变 电 焊 机 电 路
图 １示 出逆 变 电焊 机 的原 理 框 图 。其 中逆 变 电 焊 机 焊 接 电源 由主 电路 和 控 制 电路 组 成 【。主
Ｆ ｕ ｄ ｔ ｎ Ｐ ｏｅｔ Ｓ ｐ ｏ ｅ ｙＳ Ｅ Ｉｎ ｖｔ ｍ Ｆ ｎ （ ｏ１Ｃ ６ １３ ２ ７ ） ｏ ｎ ａｉ ｒｊｃ ：ｕ ｐ ｒ ｄ ｂ Ｍ ｎ ｏａｏ ｕ ｄ Ｎ ．０ ２ ２ ４ ０ ４ ６ ｏ ｔ ｉ
双环反馈控制的SPWM逆变电源中电流环的设计(精)
3结束语
通过对双环反馈控制的SPWM逆变电源系统的电流环设计原则及系统的开环特性分析,可得出如下结论:在系统参数不太明了的情况下,电流内环尽量采取PI调节器设计,它将使系统的稳定性更好,参数调整比较方便,能满足一定的带宽和动态特性.当系统参数比较明确或者系统惯性较小时,采取P调节器,可以降低系统调节的难度和复杂性.总之,内环采取哪种调节器应该由系统的本身性能来决定.参考文献:
[1]Naser Mabdel-Rahim, John E Quaicoe . Analysis and De-sign of a multiple Feedback Loop Control Strategy for Single-phase Voltage Source UPS Inverters [J ]. IEEE Trans . on PE , 1996,11(4 :532-541.
与G O
的零极点抵消的设计
方法只是一个理想的分析.
若在
s
V
s +
11+T /r
T 1s +
1T +Kp K PWM K
s +1
(9
G
b =
K V K i K PWM K
/r
i
s
i s +
1
i
s +1
s +1
(10
式中K p为P调节器的放大倍数; K
V
V
s +1
, L =
900
i
=0.001, K =0.025,
[2]Navid R Zargari , Phoivos D Ziogas , Geza Joos . A Two-Switch high-performance Current Regulated DC/ACCon-verter Module [J ]. IEEE Trans on Industry Applications , 1995, 31(3 :583-589.
三相并网逆变器的双环控制策略研究
三相并网逆变器的双环控制策略研究1引言随着新能源发电在全世界范围内应用越来越广泛，并网发电技术也成为一个重要的研究方向[1-5]。
而新能源如太阳能电池、燃料电池以及小型风力发电都需要采用并网逆变器与电网相连接。
通常并网逆变器采用高频PWM调制下的电流源控制，从而导致进入电网的电流中含有大量高次谐波，一般会采用L滤波器进行滤除，但是目前一些研究文献[6-7]提到LCL滤波器具有比和L型滤波器更理想的高频滤波效果。
从而常被用于大功率、低开关频率的并网设备，同时基于LCL滤波器的控制技术也成为新的研究热点之一。
尽管LCL滤波器滤除高次谐波效果明显，但是LCL滤波器是一个谐振电路，其谐振峰对系统的稳定性以及并网电流波形质量有很大的影响，如何设计控制器使系统稳定运行是必需解决的问题。
在这种情况下基于电流双环的控制策略被提出来，同时文献[8][9]都提出了引入滤波电容电流内环的电流双环控制策略的可行性，并没有提出电流双环控制器的设计方案以及分析内外环的比例参数对系统的系统稳定性以及谐波阻抗的影响。
与逆变器控制为电压源采用电压电流双环控制策略的设计方法不同。
由于电流双环内外环控制器的带宽频带相差不大，所以不能按照电压源型逆变器的电压电流双环分开设计思路来确定控制器参数，此外电流双环控制策略应用于并网电流的波形控制，被控对象为工作在并网模式下采用LCL三阶滤波器的三相逆变器，其开环情况下系统的三个极点离虚轴很近，如何合理设计控制器参数使闭环控制系统具备一定的稳定裕度和快速动态响应速度需要进一步研究。
基于以上分析本文针对三相并网发电系统的运行特点以及LCL滤波器的工作特性，研究基于LCL 滤波器的电流双环控制的少自由度问题，并提出了基于高阶极点配置的实用新方法设计电流双环控制器参数，并配合劳思－赫尔维茨稳定判据验证控制系统稳定性，同时验证控制器参数和系统参数在一定范围内变化的情况下系统的鲁棒性，并最终将该设计方法得到的控制器参数应用于三相并网发电系统的实验平台，通过实验结果验证本文所提出的基于电流双环控制的三相并网逆变器具备一定的稳定裕度和快速动态响应速度。
PWM逆变器双环控制
C ( k2 p s + k2i ) LCs 2 + ( rC + Ck 2 p ) s + 1 + Ck 2i
（10）
利用电流内环闭环传函推导出电压外环 的开环传函：
Guop i ) (k2 p s+k2i ) s [LC s 2 + (r + k2 p )Cs + Ck2i + 1]
瞬时控制方案可以在运行过程中实时地 调控输出电压波形，使得供电质量大大提高。 文献研究表明电压外环电流内环的双环控制 方案是高性能逆变电源波形控制的发展方向 之一
[1-3]
，双环控制方案的电流内环扩大逆变
器控制系统的带宽，使得逆变器动态响应加 快，输出电压的谐波含量减小，非线性负载适 应能力加强。目前，这种基于电流内环的电压 源逆变器波形控制技术越来越得到广泛的应 用。 PWM 逆变器双环控制方案分为电感电流内 环电压外环和电容电流内环电压外环两种,由
PWM 逆变器双环控制技术研究
Research on dual-loop control technology for PWM Inverters
何 俊，彭 力，康 勇 HE Jun，PENG Li，KANG Yong （华中科技大学电气与电子工程学院，湖北，武汉 430074，pretenderhj@） (Department of Electrical and Electronics Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074,China)
(a)电流峰值达额定峰值 （a）开环频率特性 （b）闭环频率特性
(b)电流有效值达额定有效值
双环电流型PWM控制器工作原理
1 双环电流型PWM控制器工作原理双环电流型脉宽调制( PWM) 控制器是在普通电压反馈PWM 控制环内部增加了电流反馈的控制环节,因而除了包含电压型PWM 控制器的功能外,还能检测开关电流或电感电流,实现电压电流的双环控制。
双环电流型PWM控制器电路原理如图1 所示。
从图1 可以看出,电流型控制器有两个控制闭合环路:一个是输出电压反馈误差放大器A ,用于与基准电压比较后产生误差电压;另一个是变压器初级(电感) 中电流在Rs 上产生的电压与误差电压进行比较,产生调制脉冲的脉宽,使得误差信号对峰值电感电流起着实际控制作用。
系统工作过程如下:假定输入电压下降,整流后的直流电压下降,经电感延迟使输出电压下降,经误差放大器延迟,Vea上升,占空比变化,从而维持输出电压不变,在电流环中电感的峰值电流也随输入电压下降,电感电流的斜率di/dt 下降, 导致斜坡电压推迟到达Vea ,使PWM占空比加大,起到调整输出电压的作用。
由于既对电压又对电流起控制作用,所以控制效果较好在实际中得到广泛应用。
2 双环电流型PWM控制器的特点a) 由于输入电压Vi 的变化立即反映为电感电流的变化,不经过误差放大器就能在比较器中改变输出脉冲宽度(电流控制环) ,因而使得系统的电压调整率非常好,可达到0.01 %/V ,能够与线性移压器相比。
b) 由于双环控制系统内在的快速响应和高稳定性,反馈回路的增益较高,不会造成稳定性与增益的矛盾,使输出电压有很高的精度。
c) 由于Rs 上感应出峰值电感电流,只要Rs 上电平达到1 V ,PWM控制器就立即关闭,形成逐个脉冲限流电路,使得在任何输入电压和负载瞬态变化时,功率开关管的峰值电流被控制在一定范围内,在过载和短路时对主开关管起到有效保护。
d) 误差放大器用于控制,由于负载变化造成的输出电压变化,使得当负载减小时电压升高的幅度大大减小,明显改善了负载调整率。
e) 由于系统的内环是一个良好的受控电流放大器,所以把电流取样信号转变成的电压信号和一个公共电压误差放大器的输出信号相比较,就可以实现并联均流,因而系统并联较易实现。
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华中科技大学硕士学位论文PWM逆变电源双环控制技术研究姓名：何俊申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：彭力20070209摘要逆变器作为UPS系统的核心部分，要求它能够输出高质量的电压波形，尤其是在非线性负载情况下仍能够得到接近正弦的输出波形，因此各种各样的逆变器波形控制技术得以发展。
其中瞬时值反馈控制技术是根据当前误差对逆变器输出波形进行有效的实时控制，如果控制器设计合理，则既可以保证系统具有较好的稳态性能，同时可以保证系统具有较快的响应速度。
本文主要研究内容是PWM逆变电源电流内环电压外环双环控制技术，对逆变器双环控制进行了理论分析，并结合仿真和实验对其控制性能进行了深入的研究。
基于状态空间平均法给出了PWM逆变器的传递函数形式和状态方程形式的数学模型，详细分析了死区效应、过调制和非线性负载对单相全桥逆变器输出电压的影响，指出减小输出阻抗是增强系统非线性负载适应能力的合理方案。
分析比较了电感电流内环电压外环和电容电流内环电压外环两种双环控制方式，提出了带负载电流前馈补偿的电感电流内环电压外环双环控制方式，重点研究了逆变器电容电流内环电压外环双环控制。
依据电流内环所采用调节器的不同，分别讨论了电流内环采用P调节器、电压外环为PI调节器和电流内环、电压外环均为PI调节器两种双环控制方式。
采用极点配置的方法设计控制器参数，在闭环系统配置相同的阻尼比和自然频率的前提下对两种双环控制方式进行仿真比较。
仿真结果表明电流内环和电压外环均采用PI调节器的逆变器双环控制方式能够达到较好的动、静态特性，特别是其非线性负载带载能力较强；电流内环采用P调节器、电压外环为PI调节器的逆变器双环控制方式稳态性能较好，但其抗非线性负载扰动能力不及电流内环和电压外环均采用PI调节器的双环控制方式，理论分析和仿真结果表明增大双环控制系统的期望自然频率可以改善系统的抗非线性负载扰动能力。
基于理论分析和计算，在一台样机上进行电容电流内环电压外环的双环模拟控制实验，实验结果与理论分析相符。
关键词：PWM逆变器双环控制极点配置模拟控制AbstractAs the key part of the UPS(Uninterruptible Power Supply) system, inverters are required to get high quality output voltage waveform. To achieve nearly sinusoidal output voltage even with nonlinear loads, many waveform correction techniques have been proposed. Since the instantaneous feedback control technique is a real-time control method according to the current error of output waveform, once the controller is designed properly, it could achieve nice static characteristics with good dynamic response. The dissertation focuses on the research for dual loop control technique with instantaneous voltage and current feedback for PWM inverters. Both dynamic and static characteristics are analysed by simulations and experiments.Based on the state-space averaging and linearization technique, the mathematical model is given in form of transfer function and state equations. The influence of dead-time, over-modulation and nonlinear loads on output voltage in single-phase full-bridge inverters is analyzed in detail. The method which reduces equivalent output impedance of the close loop system to eliminate the disturbance of nonlinear load is reasonable.The voltage and current dual loop control system is divided into inductor current feedback and capacitor current feedback. Both of them are analysed and compared in the paper, the dual loop control with inductor current feedback and load current forward feed compensation included. The dual loop control with capacitor current feedback is applied in the following simulation and experiment by analog method. Depending on the difference of controller for the current loop, the dual loop control is classified into two methods: current loop using P controller with voltage loop using PI controller（Dual loop PI-P control）and both current loop and voltage loop using PI controller（Dual loop PI-PI control）. Controller parameters are obtained with pole assignment technique in the condition that both dual loop PI-P control system and dual loop PI-PI control system have the same desired damping ratio and nature frequency. The simulink results show that dual loop PI-PI control technique for inverters could get nice static characteristic and well dynamic response. It could get high quality output waveforms even with nonlinear load. Dual loop PI-P control invertershave nice static characteristic with linear load, but it is not superior to the dual loop PI-PI control technique in characteristic with nonlinear load. Analysis and simulink comparison present that the characteristic with linear load could get better when the system has higher desired nature frequency.Based on the theoretic analysis and calculation for the control parameters, a single phase inverter applying dual loop analog control technique with output voltage and capacitor current feedback is researched in the paper. The experiment results which accord with theoretic analysis are presented.Keywords：PWM inverter；dual loop control；pole assignment；analog control独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律效果由本人承担。
学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
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保密□，在年解密后适用本授权书。
本论文属于不保密□。
（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日1 绪论1.1 电力电子技术概述电力电子技术是一门使用电力电子器件，通过电力电子变换电路及相应的控制理论，实现对电能的高效变换和控制的技术。
电力电子技术包括电力电子器件、变流电路和控制电路三个部分，其中以电力电子器件的制造技术为核心技术。
电力电子技术是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。
随着科学技术的发展，电力电子技术又与现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切相关。