基于重复控制和预测控制的逆变电源控制研究

论文摘要

随着各行各业对电源的性能提出了更高的要求,许多行业的用电设备都不是直接使用通用交流电网提供的交流电作为电能源,而是采用逆变电器为各种敏感设备提供高质量的交流电能。随着电网中非线性负载特别是整流性负载的增加,谐波对供电系统的污染日益严重,它对各种用电设备都有不同程度的影响和危害,从而对逆变电源的输出特性提出了更高的要求,而重复控制在抑制周期性干扰信号有着先天的优势,带整流性负载下具有较好的稳态性能,但是它的固有缺点是动态特性较差,而电流预测控制具有较好的动态特性。因此,可以通过采用多种控制方法的相结合,使逆变器具有较好的输出特性。本文主要研究了重复控制理论在逆变器中的应用,在此基础上分别加入了PI控制和预测控制的电流内环来改善电压重复控制动态特性差的缺点。论文首先介绍了逆变器的各种数字控制方法,针对整流性负载的特点,选择重复控制和预测控制来重点研究。论文第二章对逆变器建模,并分析了整流性负载下输出电压畸变的原因,然后详细介绍了重复控制理论和预测控制理论,包括重复控制的组成部分、补偿器。第三章给出了逆变电源中的重复控制和预测控制的详细设计方法,给出了基于dsPIC30F2020为主控芯片的逆变电源的线路设计以及控制软件设计。第四章通过仿真和实验分别对电压单环重复控制和加入预测控制电流内环的重复控制的逆变器进行了研究,验证了所给出控制方法的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.2.1 逆变电源拓扑概述
• 1.2.2 逆变电源控制技术的发展与现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 重复控制和预测控制理论
• 2.1 整流性负载下逆变器输出电压特性分析
• 2.1.1 整流性负载的非线性模型
• 2.1.2 整流性负载下输出电压畸变的原因
• 2.2 重复控制的基本理论
• 2.2.1 重复控制的组成部分及各部分功能
• 2.2.2 重复控制系统的控制特性分析
• 2.2.3 改进型重复控制器
• 2.3 电流预测控制
• 2.3.1 电流预测控制基本原理
• 2.3.2 预测控制的稳定性分析
• 2.3.3 与PI控制器相比较
• 2.4 电压电流双环控制
• 2.5 小结
• 第3章 逆变器的建模和软硬件设计
• 3.1 系统硬件设计
• 3.1.1 逆变器主电路设计
• 3.1.2 控制电路设计
• 3.2 逆变器的数学模型及系统框图
• 3.2.1 逆变器的平均状态空间模型
• 3.2.2 逆变器等效输出阻抗模型
• 3.2.3 PI双环系统的控制框图
• 3.3 重复控制器的参数设计
• 3.3.1 P（s）的设计
• 3.3.2 重复内模的设计
• 3.3.3 补偿器S（z）的设计
• 3.3.4 系统稳定性验证
• 3.3.5 重复控制器的设计步骤
• 3.4 预测控制器的设计
• 3.5 系统的软件设计
• 3.5.1 MCU初始化
• 3.5.2 参考正弦表和PWM的产生
• 3.5.3 系统的软件实现
• 3.6 本章小结
• 第4章 仿真和实验分析
• 4.1 系统仿真
• 4.1.1 系统仿真模型
• 4.1.2 仿真结果
• 4.2 实验结果
• 4.3 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 附录 部分程序
• 参考文献
• 攻读硕士期间录用和发表的论文
• 致谢