单相逆变器新型重复-模糊控制方案

摘要：提出了一种基于重复控制和单输入模糊自整定比例控制的单相逆变器双模控制方案。系统运行时，通过模态选择开关自动切换控制方式。误差绝对值小于模态选择开关阈值时，重复控制可增强系统抗周期性干扰能力，改善系统稳态特性；误差绝对值大于模态选择开关阈值时，单输入模糊自整定比例控制能快速消除扰动影响，改善系统动态特性。实验结果表明该控制方案能获得良好的动、稳态性能。
关键词：逆变器；重复控制；单输入模糊控制；模态选择

1 引言
以逆变器为核心的不间断电源广泛用于航空、航天、金融及通信等领域。衡量逆变器输出电压波形质量的指标主要包括稳态精度、动态响应和总谐波畸变率。逆变器的各种控制方案均有其优势，但也存在不足。重复控制利用扰动的重复性逐基波周期地修正输出电压，能够获得很高的稳态精度，但由于重复控制的前向通道上串联了一个周期延迟环节，导致重复控制器需延迟一个基波周期才对系统产生调节作用，因此其动态特性较差。模糊控制无需被控对象的精确模型，特别适合逆变器等非线性系统，且其响应速度快、自适应性强，能有效消除系统外部扰动，但由于稳态特性较差，难以获得很高的控制精度。
此处提出一种将重复控制与单输入模糊自整定比例控制相结合的双模控制方案，综合了两者的优点，很大程度地改善了系统的动、稳态性能。

2 逆变器数学模型
具有单相两电平硬开关、接有后级LC滤波器的逆变器，无论采用半桥还是全桥结构，调制方式为单极性还是双极性，均可抽象为图1所示电路模型。图中，ui为逆变桥输出电压；r为线路综合等效电阻；L，C为输出滤波器电感、电容；Z为负载。

假设主电路元件均为理想器件，忽略开关损耗，逆变器动态特性主要由LC滤波器决定，且在空载情况下振荡倾向最为强烈，为保证系统在任何负载条件下都稳定，通常在空载状态下对系统进行设计。由图1可得空载逆变器传递函数为：

实验时，取L=700μH，C=36 μF，r=0．1 Ω，则阻尼比ξ=0．011 3，谐振频率ωn=6 340 rad·s-1。则该逆变器在空载状态下传递函数为：

取开关频率为10 kHz，利用Matlab中c2dm.m函数对上式进行离散化可得离散的传递函数为：
P(s)=(0．191z+0．190 1)／(z2-1．6047z+0．985 8) (3)

3 重复控制
3．1 基本原理
重复控制基于内模原理控制理论，成功的构造了任意周期信号的内模，通过对输入信号的逐周期累加，实现对指令的精确跟踪，即使输入信号衰减至零，内模仍能持续输出与上一周期相同的信号，故可有效抑制周期性干扰引起的波形畸变。离散的嵌入式重复控制系统如图2所示。当误差信号重复出现时，重复控制器对误差信号进行逐周期的积分调节，直至误差被消除，重复控制器输出停止变化，维持并周期性地输出上一周期的波形。