基于交流调节器的400 Hz单相逆变器设计

摘要：针对传统PI调节器对交流控制系统会产生静态误差和动态调节能力弱的问题，基于伺服控制系统中的直流调节器转交流调节器的理论，将一种新型交流调节器引入到逆变电源控制系统的调节器环节，对实际工程应用中高增益频带过窄问题进行了分析，并介绍了改进措施和参数选取依据。通过设计基于该交流调节器的400 Hz单相逆变器的实验，验证了采用该方法得到的交流调节器可消除静态误差并具有快速的动态调节特性。
关键词：逆变器；交流调节器；零稳态误差

1 引言
关于逆变器控制技术，传统逆变器采用电压有效值外环控制，只能实现输出电压有效值的恒定控制，不能保证输出电压波形质量，并且在非线性负载条件下，输出电压谐波含量大且波形严重失真。同时，电压有效值外环控制的动态响应速度较慢。其原因是传统PI调节器只能对直流信号做到稳态时的零误差调节。
为实现供电设备稳态精度高、动态响应快的优良性能，现代逆变电源大多采用瞬时值反馈控制，解决了系统动态响应较慢的问题。但这种控制方法的给定信号和输出信号都是正弦交流信号，若直接使用传统PI调节器依然存在稳态误差。因此需要寻找一种静态交流调节器，它能直接作用于交流信号，并能获得零相位和幅值的误差。基于上述分析，将伺服系统中直流调节器转交流调节器的理论应用于逆变器的控制系统，提出一种新型静态交流调节器，并将其应用于400 Hz单相逆变器的控制，通过实验验证了该调节器动态响应快且可以消除交流控制系统中的静态误差。

2 交流调节器设计
2．1 交流调节器原理
交流控制系统是将系统的工作频点从零频率点移到某一频率点ω=ωo的控制系统。对于交流控制系统调节器的要求：调节器仅对交流误差信号的调制信号进行调节，而不影响其载波信号相位。即若调节器不影响载波信号的初相位，将达到仅调节交流载波信号的幅值而不改变其初相位的控制效果，那么此调节器可作为交流调节器使用。

由式(6)可见，若获得了针对ejωit的直流控制系统调节器HDC(jωi)，则可得相应的交流调节器HAC(jωi)。因此，交流控制系统调节器的设计方法为：设计直流控制器HDC(jωi)，通过式(6)获得相应的交流控制器HAC(jωi)，用于交流控制系统的设计。然而，在复频域中由式(6)求解HAC(jωi)比较困难，为方便获得HAC(jwi)有以下定理。