专利名称：基于调制比的瞬时值比例积分微分控制方法及不间断电源的制作方法
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应用该技术的全数字化不间断电源，更具体地说，涉及一种模糊补偿的基于调制比的瞬时值比例积分微分(PID)控制方法及其控制的不间断电源(UPS)。
目前市场上的UPS产品，受数字控制技术的限制，其逆变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系统的静、动态性能指标，显著地增强系统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。
本发明的目的在于提供一种不间断电源(UPS)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，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UPS，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PID控制方法，其特征在于，将快速模糊补偿与调节调制比的瞬时值PID SPWM控制方法结合一起对UPS逆变器进行控制。
按照本发明提供的控制方法，其特征在于，包括以下步骤计算输出电压误差e，分别对输出电压误差e进行线性PID调节和快速模糊补偿，将线性PID调节输出的主要调节量U1和快速模糊补偿输出的补偿量U2叠加后得出对逆变器的控制量Vi，用控制量Vi实现对逆变器输出电压Vo的控制。
按照本发明提供的控制方法，其特征在于，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、计算输出电压误差分别对反馈电压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；b、线性PID调节对电压误差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；c、SPWM调制对调制比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、计算逆变器的控制量Vi将SPWM调制和快速模糊补偿后输出的主要调节量U1和补偿量U2叠加，得到对逆变器的控制量Vi。
上述UPS的数字控制方法中，二元模糊补偿均可采用查找二元查找表的方法实现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。
本发明的另一个目的是这样实现的，构造一种不间断电源，包括电池、整流器、逆变器、逆变器控制器、充电器和断电开关，其特征在于所述逆变器控制器是结合调节调制比的瞬时值PIDSPWM控制和快速模糊补偿的数字控制装置。
按照本发明提供的UPS，其特征在于，所述结合调节调制比的瞬时值PID SPWM控制和快速模糊补偿的数字控制装置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；减法器1用于将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的绝对值相减产生输出电压误差e线性PID控制器对所述减法器的输出即输出电压误差e进行线性PID控制，产生当前周期的调制比m；SPWM调制器对PID器输出的调制比m进行SPWM调制，其输出为主要调节量U1；快速模糊补偿单元对PID器输出的调制比M进行快速模糊补偿，其输出为补偿量U2；
加法器用于将SPWM调制器输出的主要调节量U1和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。
在上述逆变器控制装置中，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。
上述UPS逆变器中的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，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PID控制方法及其控制的不间断电源，由于在PID调节器设计中考虑了数字系统的时滞效应，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系统的硬件成本，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，附图中
图1是按照本发明的基于调制比的瞬时值PID控制方法及其控制的UPS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PID控制方法实施例的程序流程图；如图2所示，按照本发明提供的基于调制比的瞬时值PID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。
权利要求
1.一种基于调制比的瞬时值PID控制方法，其特征在于，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。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，包括以下步骤计算输出电压误差e，对输出电压误差进行线性PID调节和快速模糊补偿，所述快速模糊补偿的输出的补偿量U2和所述线性PID调节的输出的主要调节量U1进行叠加，将叠加出的量(U1+U2)作为控制量VI送到逆变器。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，包括以下步骤调节调制比的瞬时值PID SPWM调制，输出调节量U1；对输出电压误差e1实行快速模糊补偿，计算出补偿量U2；计算逆变器的控制量Vi将SPWM调制和快速模糊补偿后输出的主要调节量U1和补偿量U2叠加，得到对逆变器的控制量Vi。
4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述调节调制比的瞬时值PID SPWM调制、输出逆变器调节量U1的步骤包括以下步骤a、计算输出电压误差分别对反馈电压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；b、线性PID调节对输出电压误差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；c、SPWM调制对调制比m进行SPWM调制，得出逆变器的调节量U1。
5.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述对输出电压误差e1实行快速模糊补偿、计算补偿量U2的步骤包括以下步骤a、计算输出电压误差e1和输出电压误差变化率e1c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。
6.根据权利要求3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。
7.一种不间断电源，包括逆变器和逆变器，其特征在于所述逆变器控制器是一个结合调制调节比的瞬时值PID SPWM控制和快速模糊补偿的数字控制装置。
8.根据权利要求7所述不间断电源，其特征在于，所述数字控制装置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；减法器1用于将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的绝对值相减产生输出电压误差e线性PID控制器对所述减法器的输出即输出电压误差e进行线性PID控制，产生当前周期的调制比mSPWM调制器对PID器输出的调制比m进行SPWM调制，其输出为主要调节量U1；快速模糊补偿单元对PID器输出的调制比M进行快速模糊补偿，其输出为补偿量U2；加法器用于将SPWM调制器输出的主要调节量U1和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。
9.根据权利要求8所述的不间断电源，其特征在于，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。
10.根据权利要求9所述不间断电源(UPS)，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。
全文摘要
一种基于调制比的瞬时值PID控制方法及其控制的不间断电源,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。
文档编号H02M7/42GK1281290SQ0011716
公开日2001年1月24日 申请日期2000年6月9日 优先权日2000年6月9日
发明者孙文焕, 周党生, 张云祥 申请人:深圳市华为电气技术有限公司