单相逆变器多环反馈控制策略研究

2 控制器模型的特性分析
在图2控制框图中，电压环作为逆馈瞬时控制外环，电流环作为逆馈瞬时控制内环。逆变器输出电压经过比例环节与参考电压比较，误差经过PI调节后作为电流控制内环的一部分基准，另一部分基准来自于参考电压的顺馈，这个复合基准与来自比例环节的电容电流比较后，再经过比例调节和放大环节就得到了逆变器开关管的输出电压。为了能够更清楚地分析上面的控制原理，现在采用下面的工程化分析方法，即

1)由于电压和电流逆馈环节的滤波常数很小，将其忽略；
2)滤波电感和滤波电容的等效串联阻抗对电路性能的影响较小，也将其忽略；
3)以线性电阻为负载对象分析。
取PI调节函数为可以对Uref实现误差为零的复现(证明略)。利用上面的分析，可以把图2化简为图3。

这样，得到逆变器的开环传递函数为：

其极点和零点为

通常则式(5)可以化简为

根据上面的函数表达式，作出的闭环根轨迹如图4所示。图4中虚线部分是电压瞬时值反馈控制的根轨迹，实线是本文所采用的复合控制的根轨迹图。图4(a)和图4(b)分别是轻载和满载的轨迹图。从图4中可以看出，本文所采用的控制方案由于在开环传递函数中引入的附加零点，使闭环系统的根轨迹远离虚轴，大大增加了系统的稳定性。而且!萼笋的值比较大，因此可以减少系统的调节时间，又不会造成系统较大的超调。

3 仿真与实验
图5～图8是用逆变器验证上面的控制方案的仿真结果。图中的切换都是选在正弦波的波峰处，这种情况代表了切换的最大电压崎变。图中所示波形的动态调整时间小于0．5ms，稳态整流桥负载THD为1％。图9和图10是系统的开环和闭系统的相位裕度大于60℃，为数字控制的滞后，死区效应，滤波器的滞后特性等留有足够的稳定裕量。而且调节时间很快，通带内增益稳定，且相移很小。