重复控制技术稳定性研究

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第 l卷第 6期 120 0 8年 6月

电涤擞石罔P OW E S P Y T HNOL R UP L EC OGI S AN AP L C I NS E D P I AT O

Vo . lNo6 1 . 1

Jn o 8 u e2 o

US P逆变器重复控制技术稳定性研究周雨田 (四川绵阳职业技术学院，四川绵阳 6 10 ) 2 02摘要：于 U S逆变器的重复控制技术，基 P通过内模原理进行了介绍，重复控制器的稳定性进对

行了研究，通过重复控制策略使逆变电源输出电压波形质量得到改善，高了系统的静态性能。并提 仿真和实验均验证了该方案的可行性。关键词： P;重复控制；内模；稳定性 U S

An l sso e S a i t o p t i e Co t o ta e y ay i ft t b l y f r Re ei v n r lS r t g h i t Us d i e n UPS S se y t mZH0u - in Yu ta

( a yn oai a C l g f i u n Mi y n Sc u n 6 1 0, C ia Mi agV c t n l ol eo c a, a a g i a 2 0 2 n o e Sh n h hn)Ab t a t h n e d e t e r a e n t e r p t ie c nr l s ae y u e n i v r r s s m s p o o e .T e s r c:T e in r mo l h o y b s d o e e i v o t t tg s d i n e t y t h t o r e e i r p s d h sa i t o h rp t ie c n ol r i n l ss d h e e ei v c n o i u e o e u e v l g d s rin u d r t bl y f t e e ei v o t l s a ay ie .T r p t ie o t l s s d t r d c ot e itt o n e i t r e t r a on n i e r la s n lo t mp o e t e sai t a ef r n e h e smu a in a d e p rme t l r s l l al o l a o d a d a s o i rv tt se d p r ma c .T i lt n x e i n a e u t a e l n h c o o s r p r d c n r i g t ev i i fte p o o e o t l e

h iu . eo e, of t i m n a d t o r p s d c nr c n q e h l y h ot Ke wo d:UP; e ei v o t l in rmo e; tb l y y rs S r p t ie c n r; n e d l sa i t t o i

中图分类号：M44 T 6

文献标识码： A

文章编号：29 2 1(0 80— 04 0 0 1—7 320 6 04— 3 J

0引言 随着工业与科学技术的飞速发展，在工业高度自动化的情况下，计算机技术、电力电子技术以及自动控制技术将成为三种最重要的技术。其中不间断电源 U S ( nnerpe o e u py在 P U itr tdPw r pl) u S电子信息产业发展越来越迅速的今天，已经成为

在系统跟踪和抑制信号不是单一频率的周期信号，而是包含多种谐波成分，必须针对每一个频则

率信号设置一个内模，当谐波含量较多时，内模数量也会增加，控制上实现不易。 18年 TIos在 91 . u n成功地采用重复控制的方法消除系统的谐波干扰【1由于重复控制独特的性质，多学者开始对 。 I 2很重复控制理论进行研究。 本文针对重复控制方案，利用重复控制器来

了计算机不可或缺的辅助设备，为计算机提供掉电保护，屏蔽各种电网的干扰，稳定计算机的工作状态。目前 U S市场的需求量日益增多， P由于众

跟踪周期性参考指令信号，减小输出电压谐波，并根据内模原理分析其稳定性。并根据该控制方案，设计和调试了一台基于 D P控制的单相逆变器， S 仿真和实验结果均验证了该方案的良好『能。生

多关键领域如航空航天技术、医疗、军事、银行等的需要， P技术指标的要求也在不断提高。 U S重复控制是一种基于周期的控制方法，在周

期性外激励信号的跟踪和抑制方法中占有重要地位。它基于内模原理，运用内模原理时，果存在如收稿日期：0 8 0— I 20— 3 3

1重复控制内模理论 重复控制的内模数学模型描述的是周期性的

信号，因而使得闭环控制系统能够无静差地跟踪

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控■技术

U S逆变器重复控制技术稳定性研究—— P

周期信号。在控制器前向通道串联上与输入同频率的

正弦信号，就可以实现系统的无静差跟踪。重复控制也多用数字控制方式。离散后的重复控制内模为一

口团j.

¨:

N

G z= ( )1—

() 1

图 2理想重复控制系统结构图

式中：Ⅳ是一个周期的采样次数。 其内模结构图如图 1所示。图 3稳定性分析结构图 0 I Tt 0 T 2 f Tt

哲图 1重复控制器内模连续和离散模型

图 4实际使用的重复控制内模

对于重复控制内模式，据欧拉公式，∞=根当

2=∞( k后 是输人信号的角频率 ),∞时内模增益为无穷大。因此，内模可以消除任意次谐波的干该扰。J 逆变器重复控制系统框图奎5 I

图 3示。所

2重复控制系统稳定性 如果被控系统本身是稳定的，对所加的周期性输入或干扰，没有稳态误差。离散形式内模就就来看，它包含单位圆上的Ⅳ个极点，就是说它的也

图 3中是基波周期；()要设计的补偿 . s需 s器， s为受控系统的平均模型， ( )为简化 G()即式 4。分析，忽略滤波电感等效串联电阻 r和滤波电容 L等效串联电阻 r, c将，、恒定增益环节视为

极点都分布在虚轴上，处于临界稳定状态，系统稳定性较差。当受控对象的参数稍有变化，整个闭环系统很可能不稳定。根据内模的系统和重复控制内模，以构成的重复控制闭环系统为可可得闭环系统的传递函数为E R(= 1 )E(一 ) + 1 G z“ () 2

单位增益，可以得到简化为单位反馈的逆变器平均模型为G ) ==LCZ￣+ s s L

() 4

由图 5可以获得重复控制系统的开环传递函 数为n,、

系统稳定的条件是等式右边第二项能稳定收敛。它的等效结构图如图 2图 5所示。~也就是说，要满足需I一 < I Gl 1 1 l () 3

G ( ) j s: .sG() s ) s ( 1 Q( e一 s)

() 5

由于纯延时环节 e的存在，模拟上难于实 现，需要将其离散化，而采用离散系统的分析方从式。其中 eT - s,

N为—个基波内的采样次数。Q

根据内模原理，重复控制设计的基础是受控

系统稳定，然后加入重复内模，以获得周期性输入

是用于改善重复控制器内模临界稳定特性的，可

以是一个略小于 1的常数或低通滤波器，常数型Q和函数型的对比，函数型在低频段具有更高的增益，态特性将更加理想，稳不过也能看出它会引入相移，因此需要再针对它设计相位补偿，设计不4 5

或干扰的无静差特性。设计重复控制系统需要知

道受控系统的精确模型，这样才能设计出满足稳定域关系的补偿器。加入重复控制器后的系统如

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毒涤擞石阙P W ER S PL r C O UP Y r HNOL E OGI S AND AP L C T ONS E P IA I

Vo. 1 No6 11 .

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C n o o Po nS nho o g o e u pyA. o t l f rt ycrt nMaeP w rS pl[] r a o r 1AC 8hTi n l Df C n r s]1 8. F t r n i r oge[ . 9 1 e a d sC

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A pi t n]Poedn t C C1E[] 9 6 p l a o[ . r e i o 3 h D EC . 9 . ci A c s gf 5 E 1图 6整流性负载下逆变器输出实验波形 作者简介周雨田 (9 5 )男，师， 1 6一，讲主要研究方向为自动

化， 供电系统控制。

好，系统有可能不稳定，而达不到预期的稳定性反

补偿效果，因此在通常的设计中，常选择常数性 QO 5= .作简化设计。 9

3实验结果 基于前面的理论分析，设计了一台基于 D P S T 30 F 47控制的单相 lW逆变器，制算 MS2L 20A k控法均由 D P编程实现， S逆变器由单相全桥电路构

模块电源甜蜜不再

厂商寻求新的高利润空间模块电源/稳压器作为技术比较成熟的产品，目前全球的市场增长平缓。然而，由于设备生产、 物料采购向中国大陆地区的转移以及中国通信设备厂商的国际市场策略的推进，中国在全球模块

成，开关管工作频率为 2k z并通过 L 0H, c滤波器输出交流电压。逆变器控制系统根据前述的瞬时

控制结构结合重复控制策略进行设计，从实验结果可以看出，变器采用本文的控制系统，态输逆稳出波形质量好，总谐波畸变率小。在非线性负载条件下均保持了高性能的输出效果，系统同时得到了满意的稳态输出波形和动态效果。

电源市场上可谓一支独秀，近年来增长一直保持两位数以上。界人士认为，业在未来几年内可以预期 1%以上的增长速度。 5

但另一方面，块电源市场的总容量有限。模据预计， D/ C模块电源市场而言，国市场的就 CD中

容量在 2 3亿美元，国内外模块电源厂家之间的 -竞争也同样日趋激烈。为了满足客户持续降价的

4结语 本文根据内模原理，分析了重复控制策略在数字化正弦波逆变电源系统中的应用，并对其稳定性的问题进行了研究和分析，并根据稳定性对

需求，领先的公司通过管理优化缩短研发周期、生产过程优化提高直通率、贴近客户设计、提高产品技术含量等措施抢占市场，并通过软硬件投人加强生产和检测的自动化，化可靠性设计、强电磁兼

系统进行了设计，使系统得到了较为理想的稳态特性和动态特性。实验结果证明，文提出的基于本

容和无铅化技术保障。靠简单模仿的中小规模的模块电源厂家随着客户在可靠性、电磁兼容性、无铅化等方面的要求越来越高，而价格越来越低的

重复控制的逆变器控制系统是一种实用的正弦波逆变电源控制方案，

并能达到高性能的控制效果。参考文献[1 Ios,N kn 1 n u T a aoM,T a S H g cuay ot l f w i . ihA cr nr c C oo Sro ehns f R pa C nor g【 . evm c ai m o r ee￣d o t i A1 un

压力下，将无法保证大客户的需求，不会有多大的发展空间。

模块电源同时也面临来自半导体公司的竞

争，I T、凌特和 I R公司都推出了自己的微型模块化电源产品。对于当前很多电路板空间和散热条件受限的系统， A vneT A或 C m atC平如 dacd C o pc I P台的嵌人式系统来说，这些微型模块化产品的小尺寸和高效率特点受到系统设计工程师的关注。

Poedns o te lt A na S m oim o rce i f h Oh n ul y p s n g uIce e tlMoo ot lS, m a d D v e C. nr n t n C nr yt n ei s【] m a i o e c1 1. 98

【] IosT aao M, K b,e o, g cuay 2 n u,N kn uo T t l Hi A c r h c

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