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一种改进型重复控制器的研究

发布时间:2020-07-21 17:59:49 阅读: 来源:收纳箱厂家

随着信息产业的高速发展,UPS作为一种恒频、恒压、纯净、高质量的电源,已经成为许多重要用电场合必备的辅助电源。UPS系统的核心是正弦波逆变器,它的调节指令是周期性的正弦波。传统的PID控制并不能获得良好的控制效果。重复控制方法的提出解决了这一问题。

1 传统重复控制 内模原理指在一个闭环系统中,如果受控系统本身是稳定的,并且开环传递函数包含外部输入的数学模型,那么系统的稳态误差为零。对于一个周期为T的输入信号或干扰信号,有:

模型如图1所示。将该模型串联插入控制对象传递函数的主通道;如图2所示,就可以构成一个以T为周期输入的没有稳态误差的系统。

2 改进型重复控制器 由于正弦波逆变器闭环参考输入是正弦波,不仅具有周期性,还具有半周期的负对称性,其控制原理图如图4所示。

由图4可见,由于该改进型内模输入和输出在同一通路上,不仅没有一个基波周期延迟效应,而且还减少了一半的数据存储空间,同样可以实现正弦波输入时的无静差。根据欧拉公式,当ω=2(2k+1)πf=(2k+1)ωs时,内模有无限大增益。因此,它是一个奇次谐波发生器,能对奇次谐波实现无静差的跟踪,可以用作奇次谐波补偿。图5所示为改进内模后重复控制系统。

2.1 稳定性分析 上述系统稳定须满足以下条件: (1)Gp(z)稳定。根据内模原理,在不加入内模时,系统本身Gp(z)必须是稳定的; (2)Q(z)稳定,Q(z)的作用本身是改变内模临界稳定的特性,加入的Q(z)自身应该是稳定的; (3)满足条件|| Q(z)-Gp(z)||1,即仍然满足传统内模的稳定性条件式(2)。2.2 稳态误差分析 假设误差也是周期性,离散的周期为N,则因每半周期做一次补偿,所以对于周期性误差,满足:

对比式(3),理想情况下(| H(z)|=0)系统仍然需要一个基波周期才能将误差收敛到0。但是非理想情况下(O|H(z)|1),收敛速度却可以得到提高(平方倍)。2.3 电流负反馈特性分析 根据重复控制系统设计原理,首先需要对逆变器进行建模。逆变电源忽略了开关管的影响和电压传输中的高频脉动,可以认为开关部分是一个理想的功率放大器,他的动态模型由LC滤波器决定,可以等效为二阶模型。 如果采用电感电流负反馈,同样可以实现降低谐振峰值,提高系统稳定性的目的。加入电感电流负反馈后的等效逆变器控制框图如图6所示。

3 系统参数的优化设计 采用改进型重复控制完整系统框图如图7所示。它以直接重复控制为原型,采用改进型内模,同时加入电感电流负反馈内环的结构。

图7中各参数参考传统重复控制器命名,忽略干扰,完整系统的闭环系统输入到误差的传递函数为:

设计方法同传统重复控制,即: (1)确定一个周期内的采样次数,决定N; (2)为简单起见,选取Q(z)=0.95; (3)对逆变器进行建模,适当选取电感电流负反馈系数Ki,建立等效逆变器模型GPC; (4)设计能产生同GPC对消的补偿器S(z),满足稳定性要求式(5)。由于谐振峰值已经降低,无需设计Notch滤波器,而S(z)在设计时截止频率可以提高,可以看出S可以提供更快的高频衰减; (5)根据S(z)和GPC(z)所产生的相移,设计相位补偿zk; (6)调整开环增益Kr以获得最佳控制效果。

4 结 语 由于重复控制本身具有占用过多数据存储空间的缺点,在此提出这种内模改善策略,使得重复控制和其他高级控制相结合使用更加方便。结合电流内环控制原理,在 SPWM逆变器控制中加入电流内环,它不同于嵌入式改进型重复控制算法,直接将重复控制作为PID的从控制,而是通过电流内环来改善系统的稳定性。

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