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逆變電源數(shù)字控制技術(shù)的應(yīng)用(2)

時(shí)間:2006-08-28 10:18:00來(lái)源:wangsl

導(dǎo)語(yǔ):?逆變器的控制器由參數(shù)自適應(yīng)的線性前饋控制器和非線性滑模控制器組成
逆變器的控制器由參數(shù)自適應(yīng)的線性前饋控制器和非線性滑模控制器組成(見(jiàn)圖2),滑模控制器僅在負(fù)載導(dǎo)致輸出電壓變化時(shí)產(chǎn)生控制力,穩(wěn)態(tài)的控制力主要由前饋控制器提供,滑??刂破鞯那袚Q面(超平面)是根據(jù)優(yōu)化準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)的。 圖2 自矯正離散滑??刂葡到y(tǒng) 3.3 無(wú)差拍控制   無(wú)差拍控制(deadbeat control)是一種基于電路方程的控制方式,其控制的基本思想是將輸出正弦參考波等間隔地劃分為若干個(gè)取樣周期,根據(jù)電路在每一取樣周期的起始值,用電路理論算出關(guān)于取樣周期中心對(duì)稱的方波脈沖作用時(shí),負(fù)載輸出在取樣周期末尾時(shí)的值。這個(gè)輸出值的大小,與方波脈沖的極性與寬度有關(guān),適當(dāng)控制方波脈沖的極性與寬度,就能使負(fù)載上的輸出在取樣周期的末后與輸出參考波形相重合。不斷調(diào)整每一取樣周期內(nèi)方波脈沖的極性與寬度,就能在負(fù)載上獲得諧波失真小的輸出。因此,即使在很低的開(kāi)關(guān)頻率下,無(wú)差拍控制也能夠保證輸出波形的質(zhì)量,這是其它控制方法所不能做到的,但是,其也有局限性:由于采樣和計(jì)算時(shí)間的延遲,輸出脈沖的占空比受到很大限制;對(duì)于系統(tǒng)參數(shù)的變化反應(yīng)靈敏,如電源電壓波動(dòng)、負(fù)載變動(dòng),系統(tǒng)的魯棒性差。   對(duì)于采樣和計(jì)算延時(shí)的影響,一種方法是通過(guò)修改輸出脈沖方式的方法來(lái)減小計(jì)算延時(shí)造成的占空比局限;另一種方法是通過(guò)狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)提前進(jìn)行預(yù)測(cè),用觀測(cè)值替代實(shí)際值進(jìn)行控制,從而避免采樣和計(jì)算延時(shí)對(duì)系統(tǒng)的影響。為了提高系統(tǒng)的魯棒性,一種方法是采用負(fù)載電流預(yù)測(cè)方法來(lái)減小負(fù)載變動(dòng)對(duì)電源輸出的影響,但實(shí)際改善的程度有限;另一種可行的方法是對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行在線辨識(shí),從而實(shí)時(shí)確定控制器參數(shù),以達(dá)到良好的控制效果。但是,在線系統(tǒng)辨識(shí)的計(jì)算復(fù)雜度和存儲(chǔ)量都非常大,一般的微處理器很難在很短的時(shí)間內(nèi)完成,因此實(shí)現(xiàn)的可能性不大,所以還沒(méi)有一種比較好的方法來(lái)解決無(wú)差拍控制魯棒性差的問(wèn)題。正是由于無(wú)差拍控制在電源控制中的不足及局限性到目前還難以解決,使得無(wú)差拍控制在工業(yè)界的應(yīng)用還有待不斷的深入研究。 3.4 重復(fù)控制   逆變器采用重復(fù)控制(repetitive control)是為了克服整流型非線性負(fù)載引起的輸出波形周期性的畸變,它通常與其他PWM控制方式相結(jié)合。重復(fù)控制的思想是假定前一周期出現(xiàn)的基波波形將在下一基波周期的同一時(shí)間重復(fù)出現(xiàn),控制器根據(jù)給定信號(hào)和反饋信號(hào)的誤差來(lái)確定所需的校正信號(hào),然后在下一個(gè)基波周期的同一時(shí)間將此信號(hào)疊加到原控制信號(hào)上,以消除后面各周期中將出現(xiàn)的重復(fù)畸變。   重復(fù)控制系統(tǒng)如圖3(a),(b)所示。圖3中Ur為給定電壓信號(hào);Ud為電壓擾動(dòng)信號(hào);P(z)為控制對(duì)象;Uo為電壓的實(shí)際輸出量。周期延遲環(huán)節(jié)點(diǎn)量(Z-N)對(duì)控制器進(jìn)行超前相位補(bǔ)償,補(bǔ)償器的補(bǔ)償電容量C(z)提供相位補(bǔ)償和幅值補(bǔ)償,以保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并改善輸出波形。 圖3 重復(fù)控制系統(tǒng)框圖   重復(fù)控制使系統(tǒng)獲得了很好的靜態(tài)性能,且易于實(shí)現(xiàn),但該技術(shù)卻不能夠獲得好的動(dòng)態(tài)性能。自適應(yīng)重復(fù)控制方案成功地應(yīng)用于逆變器的控制中。   模糊控制(fuzzy control)能夠在準(zhǔn)確性和簡(jiǎn)潔性之間取得平衡,有效地對(duì)復(fù)雜的電力電子系統(tǒng)做出判斷和處理。將模糊控制應(yīng)用于逆變器,具有如下優(yōu)點(diǎn):模糊控制器的設(shè)計(jì)不需被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型,并且有較強(qiáng)的魯棒性和自適應(yīng)性;查找模糊控制表只需占有處理器很少的時(shí)間,可采用較高采樣率來(lái)補(bǔ)償模糊規(guī)則和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的偏差。   將輸出電壓和濾波電感電流反饋,即電壓誤差和電感電流作為輸入模糊變量,可以實(shí)現(xiàn)逆變器的模糊控制,整流性負(fù)載時(shí),其輸出電壓總諧波失真(total harmonic distortion,TH)小于5%,將模糊控制與無(wú)差拍控制相結(jié)合,可用來(lái)補(bǔ)償由于非線性負(fù)載導(dǎo)致的電壓降落,其系統(tǒng)如圖4所示。模糊控制從模仿人的思維外特性入手,模仿人的模糊信息處理能力。它對(duì)系統(tǒng)的控制是以人的經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)的,而人的經(jīng)驗(yàn)正是反映人在思維過(guò)程中的判斷、推理、歸納。理論上已經(jīng)證明,模糊控制可以任意精度逼近任何線性函數(shù),但受到當(dāng)前技術(shù)水平的限制,模糊變量的分檔和模糊規(guī)則都受到一定的限制,隸屬函數(shù)的確定還沒(méi)有統(tǒng)一的理論指導(dǎo),帶有一定的人為因素,因此,模糊控制的精度有待于進(jìn)一步提高。 圖4 模糊控制與無(wú)差拍逆變器的系統(tǒng)框圖   此外神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是一種使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制方法。因?yàn)槿斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)是建立在強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上,所以它有很大的潛力,這個(gè)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)包括各種各樣的已被充分理解的數(shù)學(xué)工具。在無(wú)模型自適應(yīng)控制器中,人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也是一個(gè)重要組成部分。但由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)沒(méi)有突破,還沒(méi)有成功地應(yīng)用于逆變電源的控制中。 4 結(jié)論   基于微處理器、SP的數(shù)字控制技術(shù)重復(fù)性強(qiáng)、耐用性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),越來(lái)越受到人們的重視。隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展,還會(huì)有更多、更適合逆變電源控制的智能控制策略。逆變電源的各種控制策略有其所長(zhǎng),有其所短。因而各種控制策略相互取長(zhǎng),集成為復(fù)合控制器,將在很大程度上簡(jiǎn)化控制,提高可靠性,使控制日臻完美,更好地滿足逆變電源的控制要求。  

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