基于极点配置的逆变器双环控制方案

逆变器作为不间断电源的核心部分，广泛用于通信、金融等领域。一个高性能的逆变器除了要满足体积、重量、电磁兼容等基本指标外，还需满足系统稳定，稳态电压精度高；总谐波畸变率(THD)含量小；动态响应快等要求。重复控制可以校正逆变器在不同负载时输出电压的精度，具有很好的稳态输出特性，但由于其控制量输出有一个周期的延迟。动态调节能力不足，而基于极点配置的电感电流内环电压外环反馈控制设计简单、鲁棒性好，但稳态控制精度不高。因此，实际中常结合两者来协调校正输出波形。在此提出基于极点配置的电感电流内环电压外环反馈控制方案，提高了逆变器的动态响应能力，然后增加重复控制调节输出电压的稳态精度，这一复合控制方案满足了逆变器的动静态特性、稳态精度，使用Matlab仿真验证了此方案的可行性。

1 逆变器的数学模型
控制对象的数学模型是进行理论分析和实验研究工作的出发点和基础。由于功率开关器件的存在，逆变器本质上是一个非线性系统，分析起来有一定困难。假设直流母线电压源的幅值恒定，功率开关为理想器件，且逆变器输出的基波频率、LC滤波器的谐振频率与开关频率相比足够低，则逆变桥可以被简化为一个恒定增益的放大器，从而采用状态空间平均法得到逆变器的线性化模型。单相电压型PWM逆变器的状态模型电路如图1所示。

图1所示电路模型中，电压源v1代表来自逆变桥的输出电压，电流源io代表负载汲取的电流。与滤波电感L串联的电阻r是滤波电感的等效串联电阻以及逆变器中其他各种阻尼因素的综合。
由状态空间平均模型可以推导出双输入同时作用时系统的s域输出响应关系式(1)及方框图2如下：

2 复合控制方案分析
提出的控制方案包括了基于极点配置电流电压双环和处于外层的重复控制环，双环控制采用电感电流内环和输出电压外环，重复控制环的参数设计在双环与逆变器等效的被控对象上设计。