ok--基于模糊PID的Z源逆变器直流链升压电路控制

第28卷 第24期 中 国 电 机 工 程 学 报 Vol.28 No.24 Aug. 25, 2008

Chin.Soc.for Elec.Eng. 31 2008年8月25日 Proceedings of the CSEE ©2008

464 文献标识码：A 学科分类号：470 40 文章编号：0258-8013 (2008) 24-0031-08 中图分类号：TM

基于模糊PID的Z源逆变器直流链

升压电路控制

丁新平1，钱照明1，崔 彬1，彭方正2

(1. 浙江大学电气工程学院, 浙江省 杭州市 310027； 2．密歇根州立大学电气与计算机工程学院，美国 兰辛 MI48824)

Fuzzy PID Controller for DC-link Boost Voltage in Z-source Inverter

DING Xin-ping1, QIAN Zhao-ming1, CUI Bin1, PENG Fang-zheng2

(1.College of electrical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, Zhejiang Province, China; 2. Department of Electrical and Computer Engineering, Michigan State University, East Lansing, MI 48824, USA)

ABSTRACT: A direct peak DC-link Boost voltage fuzzy PID controller in Z-source inverter is proposed. With this technique a constant peak DC-link voltage can be achieved with an excellent transient performance which enhances the rejection of disturbance, including the input voltage and load current variation, and solves the problem of the local dynamic output feedback stabilization of the serious non-minimum phase system, simplifies the controller design. The small signal model of the Z-source network and non-minimum phase phenomenon of the control-to-output voltage transfer functions have been discussed in detail. The two zeros (a LHP zero and a RHP zero) of the control-to-peak DC-link voltage transfer function increasing the controller design difficult. A phase plane is presented to describe the control effort transient response, analyze system stability, and modify the rule matrices of fuzzy controller. The proposed technique was verified on a 10 kW prototype. The experimental results meet the simulation and analysis results very well.

KEY WORDS: Z-source inverter; fuzzy PID controller; Buck-Boost; right-half-plane zero; non-minimum phase 摘要：提出一种模糊PID补偿器用以直接控制Z源逆变器直流链电压最大值。控制至直流链电压最大值传递函数有一左(左半平面)一右(右半平面) 2个零点，同时零、极点位置相近且靠近虚轴，具有严重的非最小相位现象。该文在详细的分析了控制至直流链电压最大值传递函数的基础上，针对Z源逆变器应用场合(燃料电池或光伏发电)中，输入电压大范围波动的特点，设计了具有良好非线性控制性能的模糊

基金项目：国家自然科学基金项目(50377038)。

Project Supported by National Natural Science Foundation of China (50377038).

PID控制器。应用相平面响应轨迹特征向量法修正了模糊规则库，使系统具有良好的动态响应，同时用相平面法对闭环控制器进行了稳定性分析。该控制器能够实现直流链电压最大值的直接控制，消除了2个靠近极点的零点(1个右半平面和1个左半平面)造成的影响。减少了非最小相位系统阶跃响应的超调和负调。控制器设计简单，鲁棒性好，对输入电压扰动和负载电流变化具有良好的抗扰能力，动态、静态性能有了明显的改善。通过仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

关键词：Z源逆变器；模糊PID控制器；升–降压；右半平面零点；非最小相位系统

0 引言

由于人们对环境越来越关注，清洁能源如燃料电池(fuel cell)、光伏发电(photovoltaic)、风能发电(wind turbine)等得到了广泛的关注和应用。而燃料电池、光伏发电输出的直流电压波动范围很大，应用中往往要在逆变器之前增加一级Buck或Boost电路对其进行转换。

Z源逆变器由于其独特的性能而得到了广泛的研究和应用[1-6]。其具有：①升压的功能。通过控制直通占空比很容易实现升压的功能。在电源电压波动很大的场合(燃料电池、光伏电池)以及电网电压跌落较大的环境(交流调速系统)中具有特殊的用途；②逆变器的安全性高。Z源网络的引入使得直通成为其特殊的工作状态，从而提高了逆变器的安全性；③消除了开关死区带来的交流输出电压的波形畸变；④和传统的两级电路相比较，Z源逆变器减少了1个开关管，减少了控制电路和保护电路，

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提高了系统的可靠性。基于上述的优点，Z源逆变器特别适合于燃料电池和光伏发电等输出电压变化范围比较大的场合，用作功率调节系统(power conditioning system，PCS)以得到优良的交流输出电压。Z源逆变器的主电路如图1所示[1-2]，其由独特的Z源网络和传统的三相逆变器构成。而Z源网络由2个电感和2个连成X型的电容组成。

能。而模糊控制器在负载时变、输入电压大范围波动的电力电子非线性系统以及非最小相位系统中有一定的优势，设计不需要数学模型，设计过程简单，

[7-12]

。 是非线性控制器，鲁棒性强

鉴于此，设计了具有良好非线性性能的模糊PID控制器，保证直流链电压最大值Udc的恒定，同时抑制了输入电压波动和负载电流扰动对直流链电压的影响，具有很好的抗扰动性能。用相平面法定性地分析了系统的稳定性，同时应用相平面响应轨迹特征法[9]对模糊控制的规则库进行了修正。系统具有很好的动态和稳态性能。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

U/V

图1 Z源逆变器 Fig. 1 Z-source inverter

稳定的直流链电压对逆变器输出交流电压性能的好坏具有直接 …… 此处隐藏：13415字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……