CN109842316A - Dc-ac变换器的双前馈控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力电子技术领域，本发明是要解决现有的DC‑AC变换器的控制方法稳定性较差和控制结构复杂问题，提出一种DC‑AC变换器的双前馈控制方法，本方法在保留了现有电压电流双闭环反馈控制的同时，电压环的参考输入端在当前参考电压的基础上，叠加了当前输出电压有效值前馈量，在将电流环的输出值进行相应的处理后，叠加了输出电压前馈量，在消除参考值与输出值之间偏差时，通过两个前馈量的叠加快速消除***干扰，提高DC‑AC变换器的动态响应速度和稳定性的同时，还保留了PI控制结构简单和鲁棒性高的优点，提高了***的可靠性。

Description

DC-AC变换器的双前馈控制方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体来说涉及一种DC-AC变换器的控制方法。

背景技术

DC-AC变换器是实现直流转换为交流的逆变装置，其原理主要是利用由半导体功率开关管组成的桥式电路，通过控制开关管的开通和关断，实现直流电能向幅值和频率可调的交流电能的转换。常用的DC-AC变换器有方波逆变器、正弦脉宽调制(SPWM)逆变器等。

DC-AC变换器的控制方法，指的就是控制产生脉宽调制驱动波形PWM的方法，控制方法的优劣，直接影响到输出正弦交流电是否标准和稳定。常见的DC-AC变换器的控制方法有PI(比例积分)控制、PR(比例谐振)控制、滑膜控制和重复控制等控制方法。PI控制虽然算法简单，但无法精确跟踪时变正弦信号的稳态误差；PR控制虽然有良好的稳态特性，但需每种谐波都设一个控制器；滑膜控制依赖于建立准确的***模型以获得滑膜面函数和控制域；重复控制只能延迟一个周期产生控制量，动态性能较差。

综上所述，现有的DC-AC变换器的控制方法稳定性较差或者控制结构复杂。

发明内容

本发明的目的是要解决现有的DC-AC变换器的控制方法稳定性较差和控制结构复杂问题，提出一种DC-AC变换器的双前馈控制方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：DC-AC变换器的双前馈控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.获取DC-AC变换器的输入端直流母线电压、输出电压和输出电流；

步骤2.当所述输入端直流母线电压的电压值达到交流输出阈值时，使能全桥驱动输出；

步骤3.根据所述输出电压获取当前输出电压的有效值，在电压环参考电压的基础上，叠加当前输出电压有效值输入至电压环的参考值输入端，将所述输出电压输入至所述电压环的反馈输入端；

步骤4.将所述电压环的输出值进行相应的处理后输入至电流环的参考值输入端，将所述输出电流输入至所述电流环的反馈输入端，将电流环的输出值进行相应的处理后，叠加输出电压，并根据输入端直流母线电压得到控制信号对逆变全桥功率管的PWM信号进行控制。

进一步的，为对开关管进行保护，所述步骤2之后还包括：

***进入软启动阶段：将标准正弦波产生模块的输出值与K倍电压环参考电压的乘积输入至电压环的参考值输入端，所述K小于1，K由0逐渐增大到预设值，当K增大到预设值后，***软启动阶段结束，切断所述电压环的参考值输入端，进入步骤3。

进一步的，为提高软启动效率，所述K的取值范围为0.5≤K≤0.9。

进一步的，为获取当前输出电压有效值，步骤3中，所述根据所述输出电压获取当前输出电压的有效值包括：

将所述输出电压经正弦波分析模块计算获取当前输出电压的有效值。

进一步的，为得到交流环的参考电压值，步骤4中，所述将电压环的输出值进行相应的处理包括：

对所述电压环的输出值进行饱和限幅处理。

进一步的，为得到PWM控制信号，步骤4中，所述将电流环的输出值进行相应的处理后，叠加输出电压，并根据输入端直流母线电压得到控制信号包括：

将电流环的输出值进行饱和限幅处理后，与输出电压相加，再除以输入端直流母线电压，得到控制信号。

进一步的，为提高***的安全性，所述DC-AC变换器的双前馈控制方法还包括：

实时监测DC-AC变换器的输入端直流母线电压、输出电压和输出电流，并根据对应的电压阈值和电流阈值判断是否欠压、过压或过流，若是，发出报警并关闭全桥驱动输出。

本发明的有益效果是：本发明所述的DC-AC变换器的双前馈控制方法，相比现有技术，保留了电压电流双闭环反馈控制，而电压环的参考输入端在当前参考电压的基础上，叠加了当前输出电压有效值前馈量，在将电流环的输出值进行相应的处理后，叠加了输出电压前馈量，在消除参考值与输出值之间偏差时，通过两个前馈量的叠加快速消除***干扰，提高DC-AC变换器的动态响应速度和稳定性的同时，还保留了PI控制结构简单和鲁棒性高的优点，提高了***的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例所述的DC-AC变换器的双前馈控制方法的流程示意图；

附图标记说明：

Sine_An-正弦波分析模块；Sine_Gen-正弦波产生模块；PI_uac-电压环；PI_iac-电流环；uac_rms-当前输出电压的有效值；uac_ref-电压环参考电压；iac_ref-电流环参考电压；uac_fbk-输出电压；iac_fbk-输出电流；Vbus_fbk-输入端直流母线电压；iac_duty-电流环输出信号；duty-控制信号；Ref-参考值输入端；Fbk-反馈输入端；A-***正常工作阶段；B-***软启动阶段。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

本发明所述的DC-AC变换器的双前馈控制方法，包括以下步骤：步骤1.获取DC-AC变换器的输入端直流母线电压、输出电压和输出电流；步骤2.当所述输入端直流母线电压的电压值达到交流输出阈值时，使能全桥驱动输出；步骤3.根据所述输出电压获取当前输出电压的有效值，在电压环参考电压的基础上，叠加当前输出电压有效值输入至电压环的参考值输入端，将所述输出电压输入至所述电压环的反馈输入端；步骤4.将所述电压环的输出值进行相应的处理后输入至电流环的参考值输入端，将所述输出电流输入至所述电流环的反馈输入端，将电流环的输出值进行相应的处理后，叠加输出电压，并根据输入端直流母线电压得到控制信号对逆变全桥功率管的PWM信号进行控制。

本发明保留了电压电流双闭环反馈控制，电压环的参考输入端在当前参考电压的基础上，叠加了当前输出电压有效值前馈量，在将电流环的输出值进行相应的处理后，叠加了输出电压的瞬时电压值前馈量，当***出现干扰产生波动时，当前输出电压有效值前馈量和输出电压的瞬时电压值前馈量能立刻将其反应到电压和电流PI控制器的输入端，即电压环和电流环的输入端，电压环和电流环根据前馈量的大小来改变控制输出，通过两个前馈量的叠加从而实现快速消除干扰带来的影响，

实施例

本发明实施例所述的DC-AC变换器的双前馈控制方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1.获取DC-AC变换器的输入端直流母线电压Vbus_fbk、输出电压uac_fbk和输出电流iac_fbk；

在这之前，可以对***进行初始化和设置对应的阈值，电压和电流的获取可以通过电压互感器和电流互感器或其他信号采集模块对直流母线电压Vbus_fbk、输出电压uac_fbk和输出电流iac_fbk进行采集，从而获取相应的电压值和电流值。

步骤2.当所述输入端直流母线电压Vbus_fbk的电压值达到交流输出阈值时，使能全桥驱动输出；

交流输出阈值根据实际情况设置，如，交流输出阈值为180V，若输入端直流母线电压Vbus_fbk的电压值未达到交流输出阈值，则不使能全桥驱动输出。

可选的，为避免PWM驱动输出的占空比突然增大，开关管导通瞬间的电流太大对开关管造成损坏，使能全桥驱动输出后，***进入软启动阶段：将标准正弦波产生模块Sine_Gen的输出值与K倍电压环参考电压uac_ref的乘积输入至电压环PI_uac的参考值输入端Ref，所述K小于1，K由0逐渐增大到预设值，当K增大到预设值后，***软启动阶段结束，切断所述电压环PI_uac的参考值输入端Ref，进入步骤3。

可以理解的是，如图1所示，首先选通电压环PI_uac的参考值输入端Ref与标准正弦波产生模块Sine_Gen的输出值与K倍电压环参考电压uac_ref的乘积输出，即虚线B连接，虚线A断开，在电压环PI_uac的参考值输入端Ref由小到大输入电压环参考电压，如，在电压环PI_uac的参考值输入端Ref输入标准正弦波产生模块Sine_Gen的输出值与0.5倍电压环参考电压uac_ref的乘积，设定时间后，再输入标准正弦波产生模块Sine_Gen的输出值与0.6倍电压环参考电压uac_ref的乘积，直到K增大到预设值，使驱动输出的占空比逐渐增加，避免开关管损坏，K的取值范围可以为0.5≤K≤0.9，***软启动阶段结束后，再进入正常工作阶段，即虚线A连接，虚线B断开，进入步骤3。

步骤3.根据所述输出电压uac_fbk获取当前输出电压的有效值uac_rms，在电压环参考电压uac_ref的基础上，叠加当前输出电压有效值uac_rms输入至电压环PI_uac的参考值输入端Ref，将所述输出电压uac_fbk输入至所述电压环PI_uac的反馈输入端Fbk；

其中，可以将输出电压uac_fbk输入至正弦波分析模块Sine_An进行计算获取当前输出电压的有效值uac_rms，将其与电压环参考电压uac_ref相加后输入至电压环PI_uac的参考值输入端Ref，经过比例积分计算后输出，完成第一个叠加在电压环PI_uac的参考值输入端Ref的前馈控制。

步骤4.将所述电压环PI_uac的输出值进行相应的处理后输入至电流环PI_iac的参考值输入端Ref，将所述输出电流iac_fbk输入至所述电流环PI_iac的反馈输入端Fbk，将电流环PI_iac的输出值进行相应的处理后，叠加输出电压uac_fbk，并根据输入端直流母线电压Vbus_fbk得到控制信号duty对逆变全桥功率管的PWM信号进行控制。

其中，对电压环PI_uac的输出值进行相应的处理可以为对其进行饱和限幅处理，处理后得到电流环参考电压iac_ref，将其输入至电流环PI_iac的参考值输入端Ref，并将输出电流iac_fbk输入至电流环PI_iac的反馈输入端Fbk，经比例积分计算后，可以对电流环PI_iac的输出值进行饱和限幅处理后得到电流环输出信号iac_duty。根据输入端直流母线电压Vbus_fbk得到控制信号duty可以为，将电流环输出信号iac_duty与输出电压uac_fbk相加后，再除以输入端直流母线电压Vbus_fbk，从而获得逆变全桥功率管的PWM控制信号duty，完成第二个叠加在电流环PI_iac的输出端的前馈控制。

可选的，本实施例所述的DC-AC变换器的双前馈控制方法，还包括：

实时监测DC-AC变换器的输入端直流母线电压、输出电压和输出电流，并根据对应的电压阈值和电流阈值判断是否欠压、过压或过流，若是，发出报警并关闭全桥驱动输出。

其中，对应的电压阈值和电流阈值根据实际情况设置，包括输入端直流母线电压阈值、输出电压阈值和输出电流阈值，通过将检测的输入端直流母线电压、输出电压和输出电流与对应的阈值进行比较，进而判断是否发生欠压、过压或过流，提高***的安全性。

Claims (7)

1.DC-AC变换器的双前馈控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.获取DC-AC变换器的输入端直流母线电压、输出电压和输出电流；

步骤2.当所述输入端直流母线电压的电压值达到交流输出阈值时，使能全桥驱动输出；

步骤3.根据所述输出电压获取当前输出电压的有效值，在电压环参考电压的基础上，叠加当前输出电压有效值输入至电压环的参考值输入端，将所述输出电压输入至所述电压环的反馈输入端；

步骤4.将所述电压环的输出值进行相应的处理后输入至电流环的参考值输入端，将所述输出电流输入至所述电流环的反馈输入端，将电流环的输出值进行相应的处理后，叠加输出电压，并根据输入端直流母线电压得到控制信号对逆变全桥功率管的PWM信号进行控制。

2.如权利要求1所述的DC-AC变换器的双前馈控制方法，其特征在于，所述步骤2之后还包括：

***进入软启动阶段：将标准正弦波产生模块的输出值与K倍电压环参考电压的乘积输入至电压环的参考值输入端，所述K小于1，K由0逐渐增大到预设值，当K增大到预设值后，***软启动阶段结束，切断所述电压环的参考值输入端，进入步骤3。

3.如权利要求2所述的DC-AC变换器的双前馈控制方法，其特征在于，所述K的取值范围为0.5≤K≤0.9。

4.如权利要求1所述的DC-AC变换器的双前馈控制方法，其特征在于，步骤3中，所述根据所述输出电压获取当前输出电压的有效值包括：

将所述输出电压经正弦波分析模块计算获取当前输出电压的有效值。

5.如权利要求1所述的DC-AC变换器的双前馈控制方法，其特征在于，步骤4中，所述将电压环的输出值进行相应的处理包括：

对所述电压环的输出值进行饱和限幅处理。

6.如权利要求1所述的DC-AC变换器的双前馈控制方法，其特征在于，步骤4中，所述将电流环的输出值进行相应的处理后，叠加输出电压，并根据输入端直流母线电压得到控制信号包括：

将电流环的输出值进行饱和限幅处理后，与输出电压相加，再除以输入端直流母线电压，得到控制信号。

7.如权利要求1所述的DC-AC变换器的双前馈控制方法，其特征在于，还包括：

实时监测DC-AC变换器的输入端直流母线电压、输出电压和输出电流，并根据对应的电压阈值和电流阈值判断是否欠压、过压或过流，若是，发出报警并关闭全桥驱动输出。