图4给出逆变器对数频率曲线,有采用双环调节后的闭环频率特性可明显看出,波形中消除了谐振峰,且相角裕度也变大了,系统稳定性得到改善。
2.2 重复控制
为了提高系统稳态波形校正能力,在上述双环控制外层加入重复控制器,图5给出了系统的复合控制方案。
图5中重复控制器将误差作为输入,其校正量输出与前馈的指令值叠加实现波形校正。文献[7]中详细介绍了设计重复控制器的方法。重复控制器由周期延迟正反馈环节和补偿器C(z)组成。N是数字控制器每周期的采样次数。Q(z)是为了增强系统的稳定性,为了简化设计,Q(z)常取小于1的常数,如Q(z)=0.95,周期延迟正反馈环节对逆变器输出电压的误差进行逐周期的累加。补偿器C(z)的作用是抵消二阶LC滤波器的谐振峰值,使重复控制系统稳定,并且根据上一周期的误差信息在下一个周期给出合适的控制提前量。
C(z)由krzks(z)组成,其作用是与控制对象实现中低频对消,高频衰减。逆变器的负载是变化的,纯阻性的负载变化对逆变器的谐振峰的位置影响不大,当为整流性负载是,谐振峰的位置会有较大的变化。因此,s(z)的作用主要是抵消逆变器的谐振峰值,使之不破坏系统的稳定性。
由图5知,电感电流电压双环控制可以消除逆变器的谐振峰值,因此,s(z)可以简化设计为1。用这种复合控制方案充分发挥了重复和瞬时控制的各自优点,有效地提高了系统的动静态性能。
3 仿真分析
基于以上分析,采用Matlab/Simulink仿真软件,进行模拟仿真。系统主要参数:开关频率10 kHz;输入电直流400 V;输出为正弦交流电压220 V,频率50Hz;输出滤波电感、滤波电容分别为1 mH,20μF。r取0.6 Ω,希望的阻尼比ξr=0.8,希望的自然频率ωr一3 700 rad/s,m,n都取10。计算基于电感电流反馈控制的参数为:k1p=1.108,3kli=487.61,k2p=129.4,k2i=491 980。逆变器的仿真模型如图6所示。