单相UPS逆变器复合控制策略研究

时间：2025-02-24

华中科技大学

硕士学位论文

单相UPS逆变器复合控制策略研究

姓名：王伟

申请学位级别：硕士

专业：控制理论与控制工程

指导教师：周永鹏

20080605

华中科技大学硕士学位论文

摘要

恒压恒频(CVCF)SPWM逆变器是整个UPS电源的核心部件，随着信息技术的快速发展，对逆变器输出性能的可靠性提出了更高要求。为了使逆变电源在各种负载情况下均能输出谐波含量低、稳态精度高、动态性能好的电压波形，发展出了多种波形控制技术。

假设负载为阻性或者把扰动看作输入，分别建立了逆变器的连续状态空间模型和离散状态空间模型，并分析了造成逆变器输出波形畸变的原因，包括死区效应和负载扰动，指出波形控制的必要性。并在MATLAB/Simulink和Saber环境下建立了协同仿真平台，为以后的分析设计打下基础。

重复控制源于控制理论中的内模原理，是一种基于周期的补偿控制，能够完全消除周期扰动造成的波形畸变，得到高精度的稳态输出波形。但是由于其自身局限性，系统动态性能难以有更大提高。本论文对重复控制器进行了理论的分析和系统的研究，同时也介绍了重复控制器的参数设计一般方法。并着重讨论了重复控制器系统的稳定性、稳态误差以及误差收敛速度，而且给出了系统稳定的一个充分条件。提出了一种将模糊控制和重复控制相结合的新型复合控制技术。其中模糊控制器用于改善整个系统的动态特性，重复控制器用于改善系统的稳态特性。这两种控制器互为补充、相辅相成，可以使逆变电源系统既能输出高质量的稳态电压波形，同时也具有快速的动态响应。仿真结果论证了本文所提出的复合控制策略的可行性和有效性。

关键词：不间断电源逆变器重复控制模糊控制复合控制

华中科技大学硕士学位论文

Abstract

Constant Voltage Constant Frequency (CVCF) SPWM Inverter is the core of the whole Uninterruptible Power System (UPS). With the rapid development of information technology, the output performances and reliability of inverters are becoming more and more important. To achieve an output voltage with low Total Harmonic Distortion (THD), high stability and fast transient response in various load condition, many waveform correction technologies have been proposed.

Assuming the load is resistive or taking the current of load as a disturbance input, continuous state-space model and discrete state-space model of inverter are established. It is analyzed that causing the waveform distortion including dead-time effect and load disturbing. Essentiality of the waveform correction technology is pointed out. A co-simulation platform is built with the help of MATLAB/Simulink and Saber software, and the platform is the base of farther analysis and simulation.

Repetitive control technology is arising from the internal model principle. It’s a compensate control technology based on period time. It can entirety eliminate the distortion of waveform. For the limitation of itself, repetitive control cannot get well transient response. This thesis presents a theoretical analysis and a systematic research on the repetitive control scheme. The parameter design method of the repetitive controller is introduced. System stability, steady-state error and error convergence of the repetitive controller system are specially disused, and a sufficient condition for stability is presented.

A novel hybrid control strategy based on fuzzy control and repetitive control is proposed. Fuzzy logic controller can improve the dynamic performance of the system and repetitive controller can ensure the steady-state performance of the system. Thus, the two control strategies can coordinate with each other so that the inverter can produce high quality voltage waveform and has a fast transient response. The simulation results show that the proposed hybrid control strategy is feasible and effective.

Keywords: UPS Inverter Repetitive Control Fuzzy Control Hybrid Control

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