應用DSP重復控制技術在逆變電源系統(tǒng)中的應用

 本文提出一種DSP重復控制的控制方案,利用重復控制器來跟蹤周期性參考指令信號,減小輸出電壓諧波,同時電流環(huán)控制改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。并根據(jù)該控制方案,設計和調試了一臺基于DSP TMS320LF2407A控制的單相1kW逆變器,仿真和實驗結果均驗證了該方案的良好性能。

    重復控制的基本理論

    重復控制是基于內模原理的一種控制思想。它的內模數(shù)學模型描述的是周期性的信號,因而使得閉環(huán)控制系統(tǒng)能夠無靜差地跟蹤周期信號。單一頻率的正弦波是典型的周期信號,它的數(shù)學模型為


    那么只要在控制器前向通道串聯(lián)上與輸入同頻率的正弦信號,就可以實現(xiàn)系統(tǒng)的無靜差跟蹤。重復控制也多用數(shù)字控制方式。離散后的重復控制內模為:


    式中:N為一個周期的采樣次數(shù)

    基于內模原理的理想重復控制系統(tǒng)的前向通道上含有一個周期性延時環(huán)節(jié),不可避免它會導致動態(tài)性能較差。到目前為止,要實現(xiàn)高性能的控制效果,最為有效的方法有如下兩種:一是直接重復控制,引入前饋,通過前饋提高動態(tài)響應,其系統(tǒng)結構如圖1所示;二是嵌入式重復控制,它在重復控制器側加入PI調節(jié)器,通過PI調節(jié)來提高動態(tài)性能,其系統(tǒng)結構如圖2所示。

    理想重復控制器Q(z)=l,當擾動的角頻率ωd是輸入信號角頻率ωr的整數(shù)倍,即ωd=nωr時,可以得到z-N=1,就是說,理想的重復控制器可以消除任意次諧波,可以對小于采樣頻率的1/2下的任意次諧波進行無差跟蹤。所以本文中提出的控制器通過重復內模來抑制周期性干擾,實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)特性,PI控制提供動態(tài)補償,該控制器兼顧了PI經典控制設計簡單,實現(xiàn)方便的優(yōu)點,同時彌補了重復控制單周期延時的缺點。

    逆變器控制系統(tǒng)設計

    圖3為基于DSP的逆變器系統(tǒng)控制方案的示意圖,如果系統(tǒng)引入電感電流內環(huán),不僅可以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性,還能適當降低諧振峰值。因此,在重復控制電壓外環(huán)的內部加入電流內環(huán),構成重復控制雙環(huán),可以增加重復控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,還能降低補償器設計難度。


    系統(tǒng)模擬部分主要是功率電路和接口電路,數(shù)字部分。接口電路是設計時需要特別考慮的,它需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉換(A/D,D /A),針對不同的A/D,還需要特別設置電平轉換電路。而門極驅動電路不僅要提供足夠的能量以驅動功率模塊,還需要隔離,以保護數(shù)字芯片。最后通過數(shù)字部分的編程,實現(xiàn)數(shù)字控制。

 


【上一個】 一款并聯(lián)諧振逆變電源的設計方案 【下一個】 高性能逆變電源的實現(xiàn)與分析


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