CN1123964C - 基于调制比的瞬时值比例积分微分控制方法及其逆变器控制器 - Google Patents
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Abstract
一种基于调制比的瞬时值比例积分微分控制方法及其逆变器控制器，将快速模糊补偿和调节调制比的瞬时值PID SPWM技术相结合对逆变器进行控制。其中，线性PID调节器的输出作为逆变器的主要调节量，针对输出电压误差构建的快速模糊补偿器提供的输出作为补偿量；两者叠加后得出对逆变器的控制量，来实现对输出电压波形的实时控制，从而使低成本、高性能的UPS数字控制成为可能。
Description
技术领域
本发明涉及全数字化不间断电源技术，具体涉及一种逆变器数字控制技术以及逆变器控制器，更具体地说，涉及一种基于调制比的瞬时值比例积分微分控制方法及其逆变器控制器。
背景技术
目前市场上的不间断电源(简称UPS)产品，受数字控制技术的限制，其逆变器部分的控制方法绝大多数采取模拟方式，分有效值调节和瞬时值调节。然而，就目前控制方式的发展方向，一般采用数字控制技术。由于数字控制技术能灵活地改善***的静、动态性能指标，显著地增强***的工作稳定性和可靠性，且可降低其硬件成本和生产成本，缩短产品开发周期，扩大产品优化空间。但是就目前产品和文献中现有的数字控制技术，采用数字化控制的UPS大多必须采用速度快、功能强的CPU芯片(如32位DSP)，以减小数字电路存在一些不可避免的时间延迟(如采样延迟、计算延迟、调制延迟等)对波形整形的影响。这样，由于硬件成本的限制，使得采用数字控制技术的直流/交流逆变器难以在实际UPS产品中得到广泛的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可用于不间断电源中变频器控制的数字控制技术，按照这种控制技术，可以用较低成本的微处理器实现功能较好的不间断电源的逆变器控制器，即具有较好的性能的同时具有成本低、性能可靠的优点。
本发明的另一目的在于提供一种应用上述数字控制技术的逆变器控制器，其具有成本低、性能可靠的优点。
本发明的目的是这样实现的，构造一种基于调制比的瞬时值比例积分微分控制方法，包括根据逆变器输出电压瞬时值和参考正弦波瞬时值产生模糊补偿量U2的步骤，还包括以下步骤：将逆变器输出电压瞬时值和参考正眩波瞬时值分别取绝对值，然后相减得到绝对值误差|Vr|-|Vo|；对计算出的所述绝对值误差|Vr|-|Vo|进行比例-积分-微分调节快速调整调制比m，再将制比m进行正弦脉宽调制，输出调节量U1；将所述模糊补偿量U2和所述调节量U1进行叠加；将叠加出的量(U1+U2)作为控制量VI送到逆变器。
在上述按照本发明的控制方法中，所述根据逆变器输出电压瞬时值和参考正眩波瞬时值产生模糊补偿量U2，包括以下步骤：
计算输出电压误差e1：将实时参考正弦波Vr和反馈的输出电压Vo相比较，计算出输出电压误差e1；
计算输出电压误差变化率e1c：对所述输出电压误差e1求导，得出输出电压误差变化率e1c；
二元模糊补偿：将输出电压误差e1和输出电压误差变化率e1c作为二元输入参数，对输出电压误差进行二元模糊补偿，其输出为补偿量U2。
在上述按照本发明的控制方法中，所述二元模糊补偿是采用查找二元查找表的方法实现的：二元查找表中的一元代表输出电压误差的数值范围，另一个元代表输出电压误差变化率的数值范围，根据输出电压误差和输出电压误差变化率查找，可以得出一个二元模糊补偿量U2。
本发明另一目的这样实现，构造一种逆变器控制器，包括根据输出电压的瞬时值Vo和采样参考正弦波电压的瞬时值Vr产生快速模糊补偿U2的快速模糊补偿单元，还包括：
采样器：用于采样参考正弦波电压的瞬时值Vr的绝对值和反馈回输入端的输出电压的瞬时值Vo的绝对值|Vr|和|Vo|；
减法器1：用于将所述采样器提供的|Vr|和|Vo|进行减法运算，得到输出电压误差e；
线性PID控制器：对所述减法器1提供的输出电压误差e进行线性PID控制，产生当前周期的调制比m；
SPWM调制器：对所述线性PID调节器输出的调制比m进行SPWM调制，其输出为主要调节量U1；
加法器：用于将所述SPWM调制器输出的主要调节量U1和所述快速模糊补偿单元输出的补偿量U2相叠加，产生逆变器的控制量Vi。
在上述按照本发明的逆变器控制器中，所述快速模糊补偿单元包括：
a、减法器2：用于将实时参考正弦波Vr与输出端反馈的输出信号Vo相减，得出输出电压误差e1；
b、微分器：用于对输出电压误差e1进行微分，输出所述输出电压的变化率e1c；
c、二维模糊补偿器，用于根据输入的输出电压误差e1及输出电压误差变化率e1c，产生模糊补偿量U2。
在上述按照本发明的逆变器控制器中，所述二维模糊补偿器是一个二元查找表，其中的一元代表输出电压误差E的数值范围，另一个元代表输出电压误差变化率EC的数值范围，所述二元查找表的输出是一个补偿数据量。
实施本发明的基于调制比的瞬时值比例积分微分控制方法及其逆变器控制器，由于在PID调节器设计中考虑了数字***的时滞效应，保证了逆变器的静、动态稳定性，而模糊补偿器具有较强的实时补偿能力，因此，即使在带功率因数较低(小于0.7)、电流峰制值比较高(大于3∶1)的额定整流性负载(如计算机用开关电源)时均可获得较好的输出电压波形(THD＜5％)。这样，有效地提高了UPS的综合性能。同时，由于本发明的UPS控制技术采用了查找二维模糊表的来进行快速模糊补偿，所以可以在价格比较低廉的CPU(如单片机、16位定点DSP)上得到实现，这样可以有效地减低UPS***的硬件成本，大大增强了中小容量在线式UPS的市场竞争力。下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
附图说明
图1是按照本发明的基于调制比的瞬时值比例积分微分控制方法及其逆变器控制器的原理示意图；
图2是实施按照本发明的基于调制比的瞬时值比例积分微分控制方法实施例的程序流程图；
具体实施方式
如图2所示，按照本发明提供的基于调制比的瞬时值比例积分微分控制方法，包括以下步骤：
1、调节调制比的瞬时值PID SPWM调制，得出逆变器的调节量U1；
a、判断一个工频周期T是否结束(框601)：如果一个工频周期T已结束，则按步骤重新计算新工频周期的调制比；如果一个工频周期T未结束，则不需要更新调制比，直接跳至(框605)即对调制比进行SPWM调制；
b、计算输出电压误差(框602)：分别对反馈电压Vo的瞬时值和参考电压Vr的瞬时值取绝对值，再求出两者之输出电压误差e；
c、线性PID调节(框603)：对电压误差e进行比例-积分-微分(PID)调节，计算出当前工频周期所需的调制比m；
d、更新调制比m(框604)：以当前工频周期所需的调制比代替上一个工频周期的调制比；
e、SPWM调制(框605)：对调制比m进行SPWM调制，得出逆变器的调节量U1；
2、对输出电压误差e1实行快速模糊补偿，计算补偿量U2；
a、计算输出电压误差e1和输出电压误差变化率e1c(框611)：将实时参考正弦波Vr和反馈的输出电压Vo相比较，计算出输出电压误差e1，再对输出电压误差e1求导，得出输出电压误差变化率e1c。
b、二元模糊补偿(框612)：二元模糊补偿是采用查找二元查找表的方法实现的，二元查找表中的一元代表输出电压误差e1的数值范围，另一个元代表输出电压误差变化率e1c的数值范围，所以根据输出电压误差e1和输出电压误差变化率e1c查找可以得出一个二元模糊补偿量U2。
3、计算逆变器的控制量Vi(框630)：将SPWM调制(框605)输出的主要调节量U1和二元模糊补偿(框612)输出的补偿量U2叠加，得到对逆变器的控制量Vi。
Claims (6)
1、一种基于调制比的瞬时值比例微分积分控制方法，包括根据逆变器输出电压瞬时值和参考正弦波瞬时值产生模糊补偿量U2的步骤，其特征在于，还包括以下步骤：将逆变器输出电压瞬时值和参考正眩波瞬时值分别取绝对值，然后相减得到绝对值误差|Vr|-|Vo|；对计算出的所述绝对值误差|Vr|-|Vo|进行比例-积分-微分调节快速调整调制比m，再将制比m进行正弦脉宽调制，输出调节量U1；将所述模糊补偿量U2和所述调节量U1进行叠加；将叠加出的量U1+U2作为控制量VI送到逆变器。
2、根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述根据逆变器输出电压瞬时值和参考正眩波瞬时值产生模糊补偿量U2，包括以下步骤：
计算输出电压误差e1：将实时参考正弦波Vr和反馈的输出电压Vo相比较，计算出输出电压误差e1；
计算输出电压误差变化率e1c：对所述输出电压误差e1求导，得出输出电压误差变化率e1c；
二元模糊补偿：将输出电压误差e1和输出电压误差变化率e1c作为二元输入参数，对输出电压误差进行二元模糊补偿，其输出为补偿量U2。
3、根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述二元模糊补偿是采用查找二元查找表的方法实现的：二元查找表中的一元代表输出电压误差的数值范围，另一个元代表输出电压误差变化率的数值范围，根据输出电压误差和输出电压误差变化率查找，可以得出一个二元模糊补偿量U2。
4、一种逆变器控制器，包括根据输出电压的瞬时值Vo和采样参考正弦波电压的瞬时值Vr产生快速模糊补偿U2的快速模糊补偿单元，其特征在于，还包括：
采样器：用于采样参考正弦波电压的瞬时值Vr的绝对值和反馈回输入端的输出电压的瞬时值Vo的绝对值|Vr|和|Vo|；
第一减法器(1)：用于将所述采样器提供的|Vr|和|Vo|进行减法运算，得到输出电压误差e；
线性PID控制器：对所述第一减法器(1)提供的输出电压误差e进行线性PID控制，产生当前周期的调制比m；
SPWM调制器：对所述线性PID调节器输出的调制比m进行SPWM调制，其输出为主要调节量U1；
加法器：用于将所述SPWM调制器输出的主要调节量U1和所述快速模糊补偿单元输出的补偿量U2相叠加，产生逆变器的控制量Vi。
5、根据权利要求4所述逆变器控制器，其特征在于，所述快速模糊补偿单元包括：
a、第二减法器(2)：用于将实时参考正弦波Vr与输出端反馈的输出信号Vo相减，得出输出电压误差e1；
b、微分器：用于对输出电压误差e1进行微分，输出所述输出电压的变化率e1c；
c、二维模糊补偿器，用于根据输入的输出电压误差e1及输出电压误差变化率e1c，产生模糊补偿量U2。
6、根据权利要求5所述逆变器控制器，其特征在于，所述二维模糊补偿器是一个二元查找表，其中的一元代表输出电压误差E的数值范围，另一个元代表输出电压误差变化率EC的数值范围，所述二元查找表的输出是一个补偿数据量。
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