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数字控制PWM逆变电源关键技术研究

孔雪娟  
【摘要】:随着重要部门、用电设备对高品质的电源和电能质量的需求日益增多,高性能PWM 逆变器的研究越来越受到关注,数字控制以其诸多的优点正逐步取代模拟控制。数字控制PWM 逆变电源获得了设计的更多自由,可以轻松实现各种复杂、智能的数字算法来提高性能,与此同时,传统控制方案在数字控制中仍发挥着重大作用,先进的数字控制算法与传统控制相结合是目前的实用的主流。然而传统控制方案在数字控制中性能却不如模拟控制,限制了数字控制逆变电源性能的进一步提高,相同的原因是否也同样限制了先进数字控制性能的发挥。 本文致力于分析数字化过程引起系统性能下降的原因:(1)零阶保持过程对逆变电源性能的影响。本文深入分析了其对逆变电源开环频率特性的影响,分析了其对闭环控制稳定性的影响。(2)采样、计算延时对逆变电源性能的影响。为解决数字处理器采样、计算延时引起的逆变电源占空比受限问题,实际系统常采用滞后一拍控制,分析了滞后一拍控制对逆变电源闭环控制稳定性的影响。 理论分析表明数字化过程对PWM 逆变电源性能影响有3 个关键原因:(1)零阶保持过程改变了PWM 逆变电源开环频率特性,使得欠阻尼系统随采样周期和逆变电源阻尼振荡频率呈现出周期性规律; 而使得过阻尼系统随着采样周期呈现单调规律; (2) 零阶保持过程改变了PWM 逆变电源闭环系统稳定性,相对于模拟控制稳定范围大大降低; (3)滞后一拍控制改变了数字PWM 逆变电源闭环稳定性。 数字化过程对PWM 逆变电源性能影响重要根源之一就是零阶保持过程改变了闭环系统稳定性,滞后一拍控制也同样改变了闭环系统稳定性,基于理论分析,提出不同采样频率下应分别采用滞后、预测控制。并提出了数字控制PWM 逆变电源稳定性测试方法。仿真和实验验证了理论分析的正确性。 观测器的正确实现是预测控制的前提条件。本文深入分析了影响预测观测器正确实现各种因素:模型参数误差、建模误差、数字观测器的设计方法和截断误差,提出了正确实现观测器的设计方法。仿真和实验验证了理论分析的正确性,验证了设计方法的可行性。为了进一步抑制模型误差对观测器输出的影响,提出了重复控制补偿观测器。仿真验证了该方案的有效性。 逆变电源除了少部分用作独立供电电源,不需要与其他电源发生联系外,大部分场合都需要与电网、其他逆变电源联接进行能量交换或者并联供电,锁相环是逆变电源与其他电源相互联接的重要环节,而数字域锁相环参数设计仍是个问题,实际中大


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