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基于重复控制理论的逆变电源控制技术研究

陈宏  
【摘要】: 重复控制是基于内模原理的新型控制理论,是抑制周期性干扰信号的有效方法。为了解决逆变电源系统中非线性负载引起的波形畸变问题,本文对基于重复控制理论的逆变电源控制技术进行了深入的研究。研究工作主要集中在重复控制系统的基本性能、控制器设计理论以及针对逆变电源系统的应用设计等方面。 在对重复控制理论的研究中,本文首先从极点与性能的关系出发,重新讨论了重复控制系统中各参数之间的关系。推导了内模、补偿器和受控对象模型之间的数学关系,给出了补偿器的最优形式,解决了传统分析法中忽略内模影响而带来的问题。其次,研究了非谐波次干扰下的重复控制器特性。通过数学推导和仿真,对此种干扰在重复控制系统中的影响以及与控制器参数的关系进行了深入研究。第三,分析了重复控制器的动态特性。研究了阶跃型给定信号下系统的响应过程,分析了影响性能的各项因素,给出了改善动态性能的具体措施。 在“基本重复控制器设计法”的基础上,给出了两种新的控制器设计方法。方法一从极点与系统性能的关系入手,通过限制极点分布范围得到控制器的最优参数,克服了原方法无法给出最优参数的弊病。针对理想内模无法应用在含有不稳定零点的受控对象的问题,本文提出了第二种重复控制器设计方法。该方法在方法一的基础上,引入函数拟合的思想,较好地解决了系统稳定性和误差收敛之间的矛盾。 本文从以下两方面对重复控制在逆变电源系统的应用进行了研究:首先是逆变电源系统的建模方法。通过分析元件参数变化的影响,提出在重复控制系统中可以直接根据电路拓扑和参数建立逆变器模型的观点,简化了建模的工作。其次,根据现有数学模型的特点,采用局部对消的思想设计了相应的重复控制器,解决了重复控制器对模型精度要求高、系统不易稳定的问题,并在控制器的设计中引入函数型内模和特殊函数,进一步提高了系统的性能。 采用数字信号处理的思想,提出了一种全新的重复控制器工程设计方法。该方法将控制器的设计转化为零相移低通数字滤波器的设计问题,借助于数字信号处理的理论和工具直接得到所需的控制器参数。实践表明,此方法具有设计简单、控制器参数精确的优点,特别适合逆变电源系统的重复控制器设计。


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