1 概述
在傳統(tǒng)的逆變電源采用模擬控制無法克服其固有缺點(diǎn)的情況下，人們?cè)絹碓蕉嗟厍笾跀?shù)字化方案來減小控制電路的復(fù)雜程度、提高電源設(shè)計(jì)和制造的靈活性，同時(shí)采用更先進(jìn)的控制方法來提高逆變電源系統(tǒng)的輸出波形質(zhì)量和可靠性。因此，由模擬控制向數(shù)字控制的轉(zhuǎn)變是逆變電源發(fā)展的必然趨勢(shì)。
隨著工業(yè)用高速數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的發(fā)展和應(yīng)用，逆變電源控制由模擬控制向數(shù)字化控制的轉(zhuǎn)變成為了可能。由于具有超強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和很快的處理速度，配合高性能的AD變換器，DSP能夠瞬時(shí)地讀取逆變電源的輸出，并實(shí)時(shí)地計(jì)算出輸出PWM值。正是DSP的采用，使得在模擬控制中存在的許多問題得到了很好的解決，并且一些先進(jìn)的控制策略也逐漸應(yīng)用于逆變電源的控制之中。這樣對(duì)于逆變電源負(fù)載的不確定性，數(shù)字化系統(tǒng)可以對(duì)負(fù)載動(dòng)態(tài)變化產(chǎn)生的諧波進(jìn)行動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償，而不需人為地干預(yù)，從而使逆變電源的輸出波形質(zhì)量達(dá)到可接受的水平。
本文從SPWM逆變電源的結(jié)構(gòu)出發(fā)，利用古老。的PID控制，提出了一種基于電壓瞬時(shí)值的數(shù)字方案通過了仿真。
2差模電感 逆變電源物理模型
在逆變系統(tǒng)中，多采用全橋或半橋結(jié)構(gòu)。圖1為一個(gè)帶有LC濾波器的單相全橋逆變器的主電路結(jié)構(gòu)圖。
以Vc和iL為狀態(tài)變量的狀態(tài)方程為：
那么Vi對(duì)輸出電壓V0的傳遞函數(shù)為：
由此可以得到逆變器的原理框圖，如圖2所示。
3 數(shù)字控制方案
本系統(tǒng)采用雙環(huán)控制的PID調(diào)節(jié)。PID控制以其簡單、參數(shù)易于整定、發(fā)展成熟之特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐之中，逆變電源的控制也不例外。雙環(huán)控制既保證了系統(tǒng)鐵芯電感的穩(wěn)態(tài)特性，又可以提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。
3．1 數(shù)字PID算法
PID控制是應(yīng)用最廣泛的一種控制規(guī)律，PID表示比例(proportional)一積分(intergral)一微分(differentia)。設(shè)PID調(diào)節(jié)器如圖3所示。
調(diào)節(jié)器的輸出與輸人之一體電感器間為比例積分一微分的關(guān)系，即：
若以傳遞函繞行電感數(shù)的形式表示：
其中：Ti為積分時(shí)間常數(shù)；Td為微分時(shí)間常數(shù)；Kp為比例系數(shù)；Kd=Kp/Ti為積分系數(shù)；Kd=KpTd為微分系數(shù)。
在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中使用的是數(shù)值PID調(diào)節(jié)器，就是對(duì)式(1)的離散化，離散化時(shí)，令：
其中：丁是采樣周期。
顯然，上述離散化過程中，采樣周期T必須足夠短，才能保證有足夠的精度。由式(4)和式(7)可得到：
式(8)即數(shù)字PID調(diào)節(jié)器的輸出輸入關(guān)系式。
PID算法蘊(yùn)含了動(dòng)態(tài)過程中過去、現(xiàn)在和將來的主要信息。其中比例(P)代表了目前的信息，起校正偏差的作用，使過程反應(yīng)迅速。微分(D)在信號(hào)變化時(shí)有超前控制作用，代表了將來的信息。積分(1)代表了過去的信息，他能消除靜差，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性。因此，設(shè)計(jì)好的PID控制器有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、穩(wěn)態(tài)精度高、魯棒性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，是工程實(shí)踐中應(yīng)用最為廣泛的一類控制器。對(duì)于逆變電源，由于空載的SPWM逆變器近似于臨界振蕩環(huán)節(jié)，積分作用會(huì)增加相位的滯后，這樣會(huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能產(chǎn)生負(fù)面的影響，所以在設(shè)計(jì)瞬時(shí)值反饋的PID控制器時(shí)總是采用比例控制(P)或者比例微分(PD)控制。
3．2 數(shù)字控制方案
控制系統(tǒng)的框圖如圖4所示。
