專(zhuān)利名稱(chēng)：瞬時(shí)電壓電流雙環(huán)數(shù)字控制的逆變電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率變換電路，特別涉及一種瞬時(shí)電壓電流雙環(huán)數(shù)字控制的逆變電源。

背景技術(shù)：
超大規(guī)模集成電路的性能飛速提高、成本不斷下降，推動(dòng)了逆變電源全數(shù)字化控制的發(fā)展趨勢(shì)。與模擬控制相比，數(shù)字控制有下列優(yōu)點(diǎn)從噪聲和漂移效應(yīng)來(lái)看，數(shù)字控制器遠(yuǎn)較相應(yīng)的模擬控制器優(yōu)越；能以恒定的精確度快速執(zhí)行復(fù)雜計(jì)算，抗干擾能力強(qiáng)；根據(jù)需要可以很容易改變控制程序(控制器特性)，通用性極強(qiáng)，升級(jí)方便；具有較強(qiáng)的監(jiān)控功能，系統(tǒng)維護(hù)方便；數(shù)字式部件體積小，重量輕，易于標(biāo)準(zhǔn)化。
數(shù)字控制相對(duì)于模擬控制有許多優(yōu)勢(shì)，使之受到廣泛關(guān)注。逆變電源的數(shù)字控制器采用重復(fù)控制能夠很好地抑制周期性擾動(dòng)，改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，但動(dòng)態(tài)響應(yīng)不快；采用無(wú)差拍控制具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，但是控制性能對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化敏感，魯棒性差，有可能降低系統(tǒng)穩(wěn)定性或甚至不穩(wěn)定；采用常規(guī)的PI數(shù)字控制動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢、控制精度差。可見(jiàn)能發(fā)揮數(shù)字控制優(yōu)點(diǎn)的幾種數(shù)字控制方法雖然有應(yīng)用，但存在不足。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種瞬時(shí)電壓電流雙環(huán)數(shù)字控制的逆變電源，該逆變電源負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，穩(wěn)態(tài)精度高，輸出電壓的波形正弦度好，在額定非線(xiàn)性負(fù)載、負(fù)載電流波峰因子超過(guò)3的情況下，輸出電壓總諧波畸變率也較低，抗擾動(dòng)能力強(qiáng)。
本發(fā)明提供的一種瞬時(shí)電壓電流雙環(huán)數(shù)字控制的逆變電源，其特征在于它包括微處理器、逆變器、直流電源、電壓傳感器和電流傳感器，逆變器的控制端與微處理器相接，逆變器的輸出端與電壓傳感器的輸入端及負(fù)載相接，逆變器中引出的電流與電流傳感器的輸入端相接，逆變器直流端與直流電源相連，電壓傳感器的輸出端和電流傳感器的輸出端分別與微處理器相接； 其中，微處理器按照下述過(guò)程進(jìn)行處理 第1步采集電壓傳感器得到的當(dāng)前拍的輸出電壓uo(k)，其中，一個(gè)采樣周期T稱(chēng)為一拍，k表示第k個(gè)離散時(shí)刻，其初始值為0； 第2步采集電流傳感器得到的當(dāng)前拍的電流i(k)，當(dāng)當(dāng)前拍電流i(k)為濾波電感電流i1或?yàn)V波電容電流ic，按照步驟(A1)至(A4)計(jì)算下一拍的控制信號(hào)u1(k+1)，當(dāng)當(dāng)前拍電流i(k)為負(fù)載電流io，按照步驟(B1)至(B6)計(jì)算下一拍的控制信號(hào)u1(k+1)；下述步驟中，kip為電流控制器的比例系數(shù)，kvp、kvi、kvd分別為電壓控制器的比例、積分、微分系數(shù)，z為離散域算子；kvp、kvi、kvd、kip按照下述公式計(jì)算獲得 kvp＝(k1+k4)/k2， kvi＝k3/k2， kvd＝-k4·T/k2， kip＝k2 其中，k1、k2、k3、k4利用逆變器離散狀態(tài)方程的狀態(tài)矩陣和輸入矩陣、以及離散域期望閉環(huán)極點(diǎn)矩陣計(jì)算得到； (A1)利用公式(I)計(jì)算當(dāng)前拍的電壓誤差信號(hào)e1(k)，其中ur(k)為當(dāng)前拍的參考量 e1(k)＝ur(k)-uo(k) (I) (A2)利用公式(II)計(jì)算當(dāng)前拍的電流給定信號(hào)uir(k) uir(k)＝[kvp+kviTz/(z-1)+kvd(z-1)/(Tz)]e1(k) (II) (A3)利用公式(III)計(jì)算當(dāng)前拍的電流誤差信號(hào)e2(k)，當(dāng)采集的電流信號(hào)i為濾波電感電流i1時(shí)，i(k)為當(dāng)前拍的濾波電感電流i1(k)；當(dāng)采集的電流信號(hào)i為濾波電容電流ic時(shí)，i(k)為當(dāng)前拍的濾波電容電流ic(k) e2(k)＝uir(k)-i(k) (III) (A4)利用公式(IV)計(jì)算下一拍的控制信號(hào)u1(k+1) u1(k+1)＝kipe2(k) (IV) (B1)利用公式(V)計(jì)算下一拍的輸出電壓觀測(cè)值

和下一拍的濾波電感電流觀測(cè)值

其中u1(k)為當(dāng)前拍的控制信號(hào)，i0(k)為當(dāng)前拍的負(fù)載電流，當(dāng)前拍的濾波電感電流i1(k)＝i0(k)+(uo(k)-uo(k-1))C/T，uo(k-1)為上一拍的輸出電壓 Bs＝[H1 H2] Cs＝[10] 為逆變器的自然振蕩頻率 為逆變器的阻尼振蕩頻率 其中L為逆變器輸出的總濾波電感，C為逆變器輸出的總濾波電容，r為逆變器的等效阻尼電阻；Hs為狀態(tài)觀測(cè)器的反饋增益矩陣，按照(As-HsCs)的特征值比逆變器的閉環(huán)特征值快3倍以上的原則選擇反饋增益矩陣Hs； (B2)利用公式(VI)計(jì)算下一拍的負(fù)載電流觀測(cè)值
Cd＝
Hd為擾動(dòng)觀測(cè)器的反饋增益矩陣，按照(Ad-HdCd)的特征值比逆變器的閉環(huán)特征值快5倍以上的原則選擇反饋增益矩陣Hd； (B3)利用公式(VII)計(jì)算下一拍的電壓誤差信號(hào)觀測(cè)值

其中ur(k+1)為下一拍的參考量 (B4)當(dāng)無(wú)負(fù)載電流前饋時(shí)，利用公式(VIII)計(jì)算下一拍的電流給定信號(hào)uir(k+1)，當(dāng)有負(fù)載電流前饋時(shí)，利用公式(IX)計(jì)算下一拍的電流預(yù)給定信號(hào)uir1(k+1) 下一拍的電流預(yù)給定信號(hào)uir1(k+1)經(jīng)過(guò)限幅后為下一拍的電流給定信號(hào)uir(k+1)； (B5)利用公式(X)計(jì)算下一拍的電流誤差信號(hào)e2(k+1)，其中，當(dāng)無(wú)負(fù)載電流前饋時(shí)，下一拍的電流觀測(cè)值

為下一拍的濾波電感電流觀測(cè)值

或下一拍的濾波電容電流觀測(cè)值當(dāng)有負(fù)載電流前饋時(shí)，下一拍的電流觀測(cè)值

為下一拍的濾波電感電流觀測(cè)值 (B6)利用公式(XI)計(jì)算下一拍的控制信號(hào)u1(k+1) u1(k+1)＝kipe2(k+1) (XI) 第3步利用第2步計(jì)算得到的下一拍的控制信號(hào)u1(k+1)對(duì)逆變器進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)； 第4步令k＝k+1，重復(fù)步驟第1步～第3步，直至停機(jī)。
上述技術(shù)方案中，微處理器可以采用多種具體實(shí)施方式
實(shí)現(xiàn)其處理流程，其中一種方式是微處理器包括電壓控制器、電流控制器和第一、第二減法器，電流控制器的輸出端與逆變器的控制端相接，電壓傳感器的輸出端與第一減法器的負(fù)輸入端相接，第一減法器的正輸入端接收參考量ur，第一減法器的輸出端與電壓控制器的輸入端相接，電流傳感器的輸出端與第二減法器的負(fù)輸入端相接，第二減法器的正輸入端與電壓控制器的輸出端相接，第二減法器的輸出端與電流控制器的輸入端相接。另一種方式是微處理器還包括狀態(tài)觀測(cè)器和擾動(dòng)觀測(cè)器，狀態(tài)觀測(cè)器的輸入端分別與電流傳感器和電壓傳感器的輸出端相連，擾動(dòng)觀測(cè)器的輸入端與電流傳感器的輸出端相連。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn) (1)負(fù)載突變達(dá)50％額定功率時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)間不超過(guò)0.8ms，輸出電壓瞬時(shí)變化率為10.9％，負(fù)載適應(yīng)性較強(qiáng)。
(2)從空載到額定負(fù)載的各種負(fù)載情況下，輸出電壓穩(wěn)壓精度均在1.12％之內(nèi)，穩(wěn)態(tài)誤差降低。
(3)在額定非線(xiàn)性負(fù)載、負(fù)載電流波峰因子超過(guò)3.2的情況下，輸出電壓總諧波畸變率THD＝1.5％，表現(xiàn)出對(duì)非線(xiàn)性負(fù)載引起的波形失真具有更強(qiáng)的抑制能力。
(4)本發(fā)明在對(duì)逆變電源瞬時(shí)電壓電流雙環(huán)數(shù)字控制器控制參數(shù)的設(shè)計(jì)中，將控制參數(shù)與逆變電源性能指標(biāo)要求建立定量關(guān)系，整個(gè)逆變電源具有較強(qiáng)的魯棒性，在不同負(fù)載情況下輸出電壓波形品質(zhì)優(yōu)良；逆變電源對(duì)逆變器參數(shù)、數(shù)字控制器參數(shù)變化不敏感，系統(tǒng)響應(yīng)性能穩(wěn)定；具有明顯的優(yōu)越性。
(5)本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，易于實(shí)現(xiàn)。



圖1為瞬時(shí)電壓電流雙環(huán)數(shù)字控制的逆變電源的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為微處理器主程序流程圖； 圖3為圖2中的控制算法程序流程圖一； 圖4為圖1的原理電路框圖一； 圖5為圖1的原理電路框圖二； 圖6為圖2中的控制算法程序流程圖二； 圖7為圖2中的控制算法程序流程圖三； 圖8為圖1的原理電路框圖三； 圖9為圖1的原理電路框圖四。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1所示，本發(fā)明瞬時(shí)電壓電流雙環(huán)數(shù)字控制的逆變電源的結(jié)構(gòu)為 電流控制器8的輸出端與逆變器2的控制端相接，逆變器2的輸出端與電壓傳感器5的輸入端及負(fù)載3相接，電壓傳感器5的輸出端與第一減法器9的負(fù)輸入端相接，第一減法器9的正輸入端接收參考量ur，第一減法器9的輸出端與電壓控制器7的輸入端相接，逆變器2直流端接直流電源4，逆變器2中引出的電流與電流傳感器6的輸入端相接，電流傳感器6的輸出端與第二減法器10的負(fù)輸入端相接，第二減法器10的正輸入端與電壓控制器7的輸出端相接，第二減法器10的輸出端與電流控制器8的輸入端相接。
逆變器2、電壓傳感器5和電流傳感器6可選用通常的逆變器、電壓傳感器和電流傳感器。
第一、第二減法器9、10和電壓控制器7、電流控制器8構(gòu)成微處理器1。其中微處理器可以是單片機(jī)或數(shù)字信號(hào)處理芯片。
微處理器1采集電壓傳感器5輸出的電壓信號(hào)和電流傳感器6輸出的電流信號(hào)，根據(jù)電壓、電流信號(hào)和參考量，計(jì)算控制信號(hào)，并輸出至逆變器2，控制逆變器2工作。
微處理器1和逆變器2構(gòu)成一個(gè)瞬時(shí)電壓電流雙環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)，逆變器2中的電流i和輸出電壓u0分別經(jīng)過(guò)電流傳感器和電壓傳感器送入微處理器1，微處理器1經(jīng)過(guò)程序運(yùn)算后產(chǎn)生控制信號(hào)u1對(duì)逆變器2實(shí)施控制，其中逆變器2中的電流信號(hào)i可為濾波電感電流i1、濾波電容電流ic或負(fù)載電流io。
瞬時(shí)電壓電流雙環(huán)數(shù)字控制中的微處理器1所采用的控制方法如圖2所示，其步驟為 (1)采集電壓傳感器得到的當(dāng)前拍的輸出電壓uo(k)和電流傳感器得到的當(dāng)前拍的電流i(k)，一個(gè)采樣周期T稱(chēng)為一拍，k表示第k個(gè)離散時(shí)刻，其初始值為0。
(2)計(jì)算下一拍的控制信號(hào)u1(k+1)； 逆變器2中的電流i可為濾波電感電流i1、濾波電容電流ic或負(fù)載電流io，根據(jù)采集的電流信號(hào)的不同，采用不同的算法計(jì)算下一拍的控制信號(hào)u1(k+1)，下面分別予以說(shuō)明。
(2A)當(dāng)采集的電流信號(hào)i為濾波電感電流i1或?yàn)V波電容電流ic時(shí)，如圖3所示，步驟(2)包括以下過(guò)程 (2A1)利用公式(A1)計(jì)算當(dāng)前拍的電壓誤差信號(hào)e1(k)，其中ur(k)為當(dāng)前拍的參考量 e1(k)＝ur(k)-uo(k)(A1) (2A2)利用公式(A2)計(jì)算當(dāng)前拍的電流給定信號(hào)uir(k) uir(k)＝[kvp+kviTz/(z-1)+kvd(z-1)/(Tz)]e1(k)(A2) 其中kvp、kvi、kvd分別為電壓控制器的比例、積分、微分系數(shù)，z為離散域算子。
(2A3)利用公式(A3)計(jì)算當(dāng)前拍的電流誤差信號(hào)e2(k)，當(dāng)采集的電流信號(hào)i為濾波電感電流i1時(shí)，i(k)為當(dāng)前拍的濾波電感電流i1(k)；當(dāng)采集的電流信號(hào)i為濾波電容電流ic時(shí)，i(k)為當(dāng)前拍的濾波電容電流ic(k) e2(k)＝uir(k)-i(k) (A3) (2A4)利用公式(A4)計(jì)算下一拍的控制信號(hào)u1(k+1) u1(k+1)＝kipe2(k) (A4) 其中kip為電流控制器的比例系數(shù)。
圖4是與采集的電流信號(hào)i為濾波電感電流i1對(duì)應(yīng)的原理電路框圖。如圖4所示，輸出電壓uo與參考量ur比較后產(chǎn)生的電壓誤差信號(hào)e1經(jīng)過(guò)電壓控制器7產(chǎn)生電流給定信號(hào)uir，電流給定信號(hào)uir減去濾波電感電流i1產(chǎn)生電流誤差信號(hào)e2，電流誤差信號(hào)e2經(jīng)過(guò)電流控制器8最后得到控制信號(hào)u1對(duì)逆變器2進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。
圖5是與采集的電流信號(hào)i為濾波電容電流ic對(duì)應(yīng)的原理電路框圖。如圖5所示，其結(jié)構(gòu)與圖4相似，區(qū)別在于圖4中逆變器2的電流是濾波電感電流i1，而圖5中逆變器2的電流是濾波電容電流ic。
(2B)當(dāng)采集的電流信號(hào)i為負(fù)載電流io，如圖6和圖7所示，步驟(2)包括以下過(guò)程 (2B1)利用公式(B1)計(jì)算下一拍的輸出電壓觀測(cè)值

和下一拍的濾波電感電流觀測(cè)值

其中u1(k)為當(dāng)前拍的控制信號(hào)，i0(k)為當(dāng)前拍的負(fù)載電流，當(dāng)前拍的濾波電感電流i1(k)＝i0(k)+(uo(k)-uo(k-1))C/T，uo(k-1)為上一拍的輸出電壓 Bs＝[H1 H2] Cs＝[10] 為逆變器2的自然振蕩頻率 為逆變器2的阻尼振蕩頻率 其中L為逆變器2輸出的總濾波電感，C為逆變器2輸出的總濾波電容，r為逆變器2的等效阻尼電阻。
Hs為圖8和圖9中狀態(tài)觀測(cè)器11的反饋增益矩陣，按照(As-HsCs)的特征值比逆變器2的閉環(huán)特征值快3倍以上的原則選擇反饋增益矩陣Hs即可。
(2B2)利用公式(B2)計(jì)算下一拍的負(fù)載電流觀測(cè)值
其中Cd＝
Hd為圖8和圖9中擾動(dòng)觀測(cè)器12的反饋增益矩陣，按照(Ad-HdCd)的特征值比逆變器2的閉環(huán)特征值快5倍以上的原則選擇反饋增益矩陣Hd即可。
(2B3)利用公式(B3)計(jì)算下一拍的電壓誤差信號(hào)觀測(cè)值

其中ur(k+1)為下一拍的參考量 (2B4)計(jì)算下一拍的電流給定信號(hào)uir(k+1)； 根據(jù)有無(wú)負(fù)載電流前饋，采用不同的算法計(jì)算下一拍的電流給定信號(hào)uir(k+1)，下面分別予以說(shuō)明。
當(dāng)無(wú)負(fù)載電流前饋時(shí)，利用公式(B4)計(jì)算下一拍的電流給定信號(hào)uir(k+1) 當(dāng)有負(fù)載電流前饋時(shí)，利用公式(B5)計(jì)算下一拍的電流預(yù)給定信號(hào)uir1(k+1) 下一拍的電流預(yù)給定信號(hào)uir1(k+1)經(jīng)過(guò)限幅后為下一拍的電流給定信號(hào)uir(k+1)； (2B5)利用公式(B6)計(jì)算下一拍的電流誤差信號(hào)e2(k+1)，其中，當(dāng)無(wú)負(fù)載電流前饋時(shí)，下一拍的電流觀測(cè)值

為下一拍的濾波電感電流觀測(cè)值

或下一拍的濾波電容電流觀測(cè)值當(dāng)有負(fù)載電流前饋時(shí)，下一拍的電流觀測(cè)值

為下一拍的濾波電感電流觀測(cè)值 (2B6)利用公式(B7)計(jì)算下一拍的控制信號(hào)u1(k+1) u1(k+1)＝kipe2(k+1)(B7) 圖8是與圖6對(duì)應(yīng)的原理電路框圖。如圖8所示，狀態(tài)觀測(cè)器11依據(jù)當(dāng)前拍的輸出電壓u0(k)和當(dāng)前拍的負(fù)載電流i0(k)觀測(cè)出下一拍的輸出電壓觀測(cè)值

和下一拍的濾波電感電流觀測(cè)值

其計(jì)算公式為公式(B1)。擾動(dòng)觀測(cè)器12依據(jù)當(dāng)前拍的負(fù)載電流i0(k)觀測(cè)出下一拍的負(fù)載電流觀測(cè)值

其計(jì)算公式為公式(B2)。下一拍的輸出電壓觀測(cè)值

與參考量ur(k+1)比較后產(chǎn)生的下一拍的電壓誤差信號(hào)觀測(cè)值

經(jīng)過(guò)電壓控制器7產(chǎn)生下一拍的電流給定信號(hào)uir(k+1)，下一拍的電流給定信號(hào)uir(k+1)減去下一拍的電流觀測(cè)值

產(chǎn)生下一拍的電流誤差信號(hào)e2(k+1)，其中下一拍的電流觀測(cè)值

為下一拍的濾波電感電流觀測(cè)值

或下一拍的濾波電容電流觀測(cè)值

下一拍的電流誤差信號(hào)e2(k+1)經(jīng)過(guò)電流控制器8最后得到下一拍的控制信號(hào)u1(k+1)對(duì)逆變器2進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。
圖9是與圖7對(duì)應(yīng)的原理電路框圖。如圖9所示，狀態(tài)觀測(cè)器11依據(jù)當(dāng)前拍的輸出電壓u0(k)和當(dāng)前拍的負(fù)載電流i0(k)觀測(cè)出下一拍的輸出電壓觀測(cè)值

和下一拍的濾波電感電流觀測(cè)值

其計(jì)算公式為公式(B1)。擾動(dòng)觀測(cè)器12依據(jù)當(dāng)前拍的負(fù)載電流i0(k)觀測(cè)出下一拍的負(fù)載電流觀測(cè)值

其計(jì)算公式為公式(B2)。下一拍的輸出電壓觀測(cè)值

與參考量ur(k+1)比較后產(chǎn)生的下一拍的電壓誤差信號(hào)觀測(cè)值

送給電壓控制器7，電壓控制器7的輸出加上下一拍的負(fù)載電流觀測(cè)值

得到下一拍的電流預(yù)給定信號(hào)uir1(k+1)，下一拍的電流預(yù)給定信號(hào)uir1(k+1)經(jīng)限幅后為下一拍的電流給定信號(hào)uir(k+1)，下一拍的電流給定信號(hào)uir(k+1)減去下一拍的濾波電感電流觀測(cè)值

產(chǎn)生下一拍的電流誤差信號(hào)e2(k+1)，下一拍的電流誤差信號(hào)e2(k+1)經(jīng)過(guò)電流控制器8最后得到下一拍的控制信號(hào)u1(k+1)對(duì)逆變器2進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。
對(duì)于瞬時(shí)電壓電流雙環(huán)數(shù)字控制的逆變電源，關(guān)鍵在于確定電壓、電流控制器的控制參數(shù)。在狀態(tài)空間理論的基礎(chǔ)上，運(yùn)用對(duì)控制對(duì)象直接離散和對(duì)控制器離散等效的方法，確定電壓、電流控制器參數(shù)，現(xiàn)說(shuō)明如下 當(dāng)采用瞬時(shí)電壓電流雙環(huán)數(shù)字控制方式時(shí)，逆變器離散狀態(tài)方程的狀態(tài)矩陣A和輸入矩陣B、以及離散域期望閉環(huán)極點(diǎn)矩陣P、增益矩陣K分別為 運(yùn)用Ackermamn公式求出K矩陣各元素，再按以下公式確定電壓、電流控制器各控制參數(shù) kvp＝(k1+k4)/k2， kvi＝k3/k2， kvd＝-k4·T/k2， kip＝k2 (3)利用下一拍的控制信號(hào)u1(k+1)對(duì)逆變器2進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)； (4)令k＝k+1，重復(fù)步驟(1)～(3)，直至工作結(jié)束。
以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開(kāi)的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開(kāi)的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1、一種瞬時(shí)電壓電流雙環(huán)數(shù)字控制的逆變電源，其特征在于它包括微處理器(1)、逆變器(2)、直流電源(4)、電壓傳感器(5)和電流傳感器(6)，逆變器(2)的控制端與微處理器(1)相接，逆變器(2)的輸出端與電壓傳感器(5)的輸入端及負(fù)載(3)相接，逆變器(2)中引出的電流與電流傳感器(6)的輸入端相接，逆變器(2)直流端與直流電源(4)相連，電壓傳感器(5)的輸出端和電流傳感器(6)的輸出端分別與微處理器(1)相接；
其中，微處理器(1)按照下述過(guò)程進(jìn)行處理
第1步采集電壓傳感器得到的當(dāng)前拍的輸出電壓uo(k)，其中，一個(gè)采樣周期T稱(chēng)為一拍，k表示第k個(gè)離散時(shí)刻，其初始值為0；
第2步采集電流傳感器得到的當(dāng)前拍的電流i(k)，當(dāng)當(dāng)前拍電流i(k)為濾波電感電流i1或?yàn)V波電容電流ic，按照步驟(A1)至(A4)計(jì)算下一拍的控制信號(hào)u1(k+1)，當(dāng)當(dāng)前拍電流i(k)為負(fù)載電流io，按照步驟(B1)至(B6)計(jì)算下一拍的控制信號(hào)u1(k+1)；下述步驟中，kip為電流控制器的比例系數(shù)，kvp、kvi、kvd分別為電壓控制器的比例、積分、微分系數(shù)，z為離散域算子；kvp、kvi、kvd、kip按照下述公式計(jì)算獲得
kvp＝(k1+k4)/k2，
kvi＝k3/k2，
kvd＝-k4·T/k2，
kip＝k2
其中，k1、k2、k3、k4利用逆變器離散狀態(tài)方程的狀態(tài)矩陣和輸入矩陣、以及離散域期望閉環(huán)極點(diǎn)矩陣計(jì)算得到；
(A1)利用公式(I)計(jì)算當(dāng)前拍的電壓誤差信號(hào)e1(k)，其中ur(k)為當(dāng)前拍的參考量
e1(k)＝ur(k)-uo(k)(I)
(A2)利用公式(II)計(jì)算當(dāng)前拍的電流給定信號(hào)uir(k)
uir(k)＝[kvp+kviTz/(z-1)+kvd(z-1)/(Tz)]e1(k) (II)
(A3)利用公式(III)計(jì)算當(dāng)前拍的電流誤差信號(hào)e2(k)，當(dāng)采集的電流信號(hào)i為濾波電感電流i1時(shí)，i(k)為當(dāng)前拍的濾波電感電流i1(k)；當(dāng)采集的電流信號(hào)i為濾波電容電流ic時(shí)，i(k)為當(dāng)前拍的濾波電容電流ic(k)
e2(k)＝uir(k)-i(k)(III)
(A4)利用公式(IV)計(jì)算下一拍的控制信號(hào)u1(k+1)
u1(k+1)＝kipe2(k) (IV)
(B1)利用公式(V)計(jì)算下一拍的輸出電壓觀測(cè)值
和下一拍的濾波電感電流觀測(cè)值
其中u1(k)為當(dāng)前拍的控制信號(hào)，i0(k)為當(dāng)前拍的負(fù)載電流，當(dāng)前拍的濾波電感電流i1(k)＝i0(k)+(uo(k)-uo(k-1))C/T，uo(k-1)為上一拍的輸出電壓
Bs＝[H1 H2]
Cs＝[1 0]
為逆變器的自然振蕩頻率
為逆變器的阻尼振蕩頻率
其中L為逆變器輸出的總濾波電感，C為逆變器輸出的總濾波電容，r為逆變器的等效阻尼電阻；Hs為狀態(tài)觀測(cè)器的反饋增益矩陣，按照(As-HsCs)的特征值比逆變器的閉環(huán)特征值快3倍以上的原則選擇反饋增益矩陣Hs；
(B2)利用公式(VI)計(jì)算下一拍的負(fù)載電流觀測(cè)值
Cd＝
Hd為擾動(dòng)觀測(cè)器的反饋增益矩陣，按照(Ad-HdCd)的特征值比逆變器的閉環(huán)特征值快5倍以上的原則選擇反饋增益矩陣Hd；
(B3)利用公式(VII)計(jì)算下一拍的電壓誤差信號(hào)觀測(cè)值
其中ur(k+1)為下一拍的參考量
(B4)當(dāng)無(wú)負(fù)載電流前饋時(shí)，利用公式(VIII)計(jì)算下一拍的電流給定信號(hào)uir(k+1)，當(dāng)有負(fù)載電流前饋時(shí)，利用公式(IX)計(jì)算下一拍的電流預(yù)給定信號(hào)uir1(k+1)
下一拍的電流預(yù)給定信號(hào)uir1(k+1)經(jīng)過(guò)限幅后為下一拍的電流給定信號(hào)uir(k+1)；
(B5)利用公式(X)計(jì)算下一拍的電流誤差信號(hào)e2(k+1)，其中，當(dāng)無(wú)負(fù)載電流前饋時(shí)，下一拍的電流觀測(cè)值
為下一拍的濾波電感電流觀測(cè)值
或下一拍的濾波電容電流觀測(cè)值當(dāng)有負(fù)載電流前饋時(shí)，下一拍的電流觀測(cè)值
為下一拍的濾波電感電流觀測(cè)值
(B6)利用公式(XI)計(jì)算下一拍的控制信號(hào)u1(k+1)
u1(k+1)＝kipe2(k+1) (XI)
第3步利用第2步計(jì)算得到的下一拍的控制信號(hào)u1(k+1)對(duì)逆變器進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)；
第4步令k＝k+1，重復(fù)步驟第1步～第3步，直至停機(jī)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的瞬時(shí)電壓電流雙環(huán)數(shù)字控制的逆變電源，其特征在于
微處理器(1)包括電壓控制器(7)、電流控制器(8)和第一、第二減法器(9、10)，電流控制器(8)的輸出端與逆變器(2)的控制端相接，電壓傳感器(5)的輸出端與第一減法器(9)的負(fù)輸入端相接，第一減法器(9)的正輸入端接收參考量，第一減法器(9)的輸出端與電壓控制器(7)的輸入端相接，電流傳感器(6)的輸出端與第二減法器(10)的負(fù)輸入端相接，第二減法器(10)的正輸入端與電壓控制器(7)的輸出端相接，第二減法器(10)的輸出端與電流控制器(8)的輸入端相接。
3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的瞬時(shí)電壓電流雙環(huán)數(shù)字控制的逆變電源，其特征在于微處理器(1)還包括狀態(tài)觀測(cè)器(11)和擾動(dòng)觀測(cè)器(12)，狀態(tài)觀測(cè)器(11)的輸入端分別與電流傳感器(6)和電壓傳感器(5)的輸出端相連，擾動(dòng)觀測(cè)器(12)的輸入端與電流傳感器(6)的輸出端相連。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種瞬時(shí)電壓電流雙環(huán)數(shù)字控制的逆變電源，電流控制器輸出端與逆變器控制端相接，逆變器輸出端與電壓傳感器輸入端及負(fù)載相接，電壓傳感器輸出端與第一減法器負(fù)輸入端相接，第一減法器正輸入端接收參考量，第一減法器輸出端與電壓控制器輸入端相接，逆變器直流端接直流電源，逆變器中引出的電流與電流傳感器輸入端相接，電流傳感器輸出端與第二減法器負(fù)輸入端相接，第二減法器正輸入端與電壓控制器輸出端相接，第二減法器輸出端與電流控制器輸入端相接。該逆變電源響應(yīng)快，誤差小，非線(xiàn)性負(fù)載情況下輸出電壓波形畸變小，本發(fā)明廣泛應(yīng)用在交流穩(wěn)定電源、不間斷電源、柔性交流輸電系統(tǒng)、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)、可再生能源供電系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)H02M7/42GK101505109SQ20091006088
公開(kāi)日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者力 彭, 勇 康, 堅(jiān) 陳, 阮燕琴, 王淑惠 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)