专利名称：一种逆变器的控制方法及控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及逆变器，具体涉及一种可以有效提高逆变器在非线性负载条件下的动静态性能的控制方法及控制装置。
背景技术：
随着用电设备的增多，非线性负载的种类、数量和比重也迅速增加，谐波对供电系统的污染日益严重。逆变器作为一种主要的交流供电电源，应用领域中越来越多的面临非线性负载(包括瞬时突变负载例如气体放电灯启动时的等效负载和周期性的非线性负载例如整流型负载)的问题。逆变器在带非线性负载时，其输出波形会发生畸变，普遍的现象就是输出电压产生瞬时跌落、削顶，严重时会出现输出波形震荡，不能稳定工作，这样就无法保证高性能、完全正弦的输出波形，从而影响逆变器其他负载的正常运行，甚至造成设备损坏。
目前逆变器针对非线性负载问题的相关控制技术的解决方案主要有PID(比例—积分—微分)控制、内模控制、无差拍控制、滑模变结构控制和智能控制。PID控制一般采用双环PID结构，它可以获得比较好的动态性能；但是在非线性负载条件下，电流内环需要很快的速度，因而这种形式的控制器对非线性扰动的抑制能力有一定的限制。内模控制主要包括重复控制和坐标轴变换(Reference frame)控制，它可以有效改善稳态条件下的输出波形，但是牺牲了动态性能。无差拍控制在理论上可以在一个控制周期内跟踪参考波形，但是它需要准确的逆变器与负载模型，同时过高的增益使得系统容易发生震荡甚至无法稳定工作。滑模变结构控制利用某种不连续的开关控制策略来强迫系统的状态变量沿着相平面中某一预先设计好的“滑动模态”轨迹运动，它具有对参数变化和外部扰动不敏感的优点。但是逆变器的理想滑模切换面很难选取；其次，滑模变结构控制只有采用足够高采样频率的数字形式实现时才具有大的应用价值。智能控制具有较强的鲁棒性和自适应性，但是由于目前技术水平的限制，智能控制还是处于研究的阶段。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高逆变器在瞬时突变负载和周期性的非线性负载条件下的稳态与动态性能的控制方法和控制装置。同时又不影响逆变器在线性负载条件下的正常工作。
本发明的目的是通过下述方案实现的逆变器的控制方法1)在预设的电压参考值中经减法环节减去输出电压的反馈量，得到电压误差；2)所述电压误差经电压控制环调节环节进行处理，生成基本电感电流参考量；3)经加法环节在基本电感电流参考量中加上由非线性控制环节生成的输出量，得到电感电流参考量；4)在所述电感电流参考量中经减法环节减去电感电流反馈量，得到电感电流误差；5)所述电感电流误差经电感电流控制环调节环节进行处理，得到逆变器控制量；6)用所述逆变器控制量对逆变器的主电路进行控制。
在所述的电感电流参考量中经减法环节减去电感电流反馈量的同时，经加法环节再加上输出电流反馈量，得到电感电流误差。所述非线性控制环节是经其误差调节环节对所述电压误差进行处理，生成其变量；经其输出电流调节环节和绝对值变换环节对输出电流的反馈量依次进行处理后，再经其乘法环节对电压误差的变量与处理后的输出电流的反馈量进行乘法运算，得到的乘积输出量，即为非线性控制环节的输出量。在控制的乘积输出量后，再经限幅控制环节处理，作为非线性控制环节的输出量。
为实施逆变器的控制方法而专门设计的控制装置，包括逆变器的由减法部件、电压控制环调节部件、减法部件、电感电流控制环调节部件依次连接组成的控制装置，两个减法部件分别与逆变器主电路连接，在电压控制环调节部件和第二个减法部件之间设置加法部件，设置非线性控制机构，其两个输入端分别与减法部件和电压控制环调节部件之间及逆变器的主电路连接，输出端与加法部件连接。
将所述减法部件设置成加减法部件，并分别与逆变器的主电路连接。所述电压控制环调节部件和电感电流控制环调节部件分别是PI控制、内模控制、智能控制。所述非线性控制机构是由误差调节部件、乘法部件、绝对值变换部件、输出电流调节部件依次连接组成。所述输出电流调节部件和误差调节部件分别是PI控制、内模控制、智能控制。在乘法部件和加法部件之间设置限幅控制部件。
本发明主要的特点是由于非线性控制环节的控制量等于负载电流与电压误差的乘积，所以在线性负载条件下，电流很小，同时电压误差也很小，这一控制量对电感电流参考量的影响可以忽略。所以非线性控制环节的存在并不会影响逆变器在线性负载下的工作。但是在非线性负载条件下，例如对于瞬时突变负载，由于电压跌落造成电压误差信号突然增大，非线性控制环节的控制量也相应地变大，从而增大了电感电流参考量，等效于增加了电感电流控制环的增益，提高了逆变器的控制带宽，所以可以改善逆变器的动态性能。在周期性的非线性负载如整流性负载条件下，输出电流为脉冲电流形式，电流与线性负载情况下的电流相比要大得多，所以非线性控制环节的控制量也相应的变大，从而增大电感电流参考量，等效于增加了电感电流控制环的增益，相应的可以改善逆变器的稳态性能，减小逆变器输出波形的畸变。
本发明的另一特点是所述控制方法中的电压控制环调节环节和电感电流控制环调节环节可以采用多种控制方法实现，例如电压控制环、电感电流控制环、误差调节器和输出电流调节环节都可以采用PID控制，内模控制、智能控制等，因此所述的控制方法可以有广泛的应用范围。
图1是本发明的逆变器控制方法原理和控制装置结构的示意图；图2是本发明的逆变器控制方法和控制装置结构的另一实施例的原理示意图。
图3是一个逆变器的示意图；图4是现有逆变器控制方法的原理示意图；具体实施方式
参照图1、图2、图3、图4，其控制方法如下由减法环节6用预设的电压参考值Vr减去输出电压的反馈电压Vof，得到电压误差e；由电压控制环调节环节7对所述电压误差e进行处理，生成基本电感电流参考量ILr1；另一方面，通过非线性控制环节11的误差调节环节16对所述电压误差e进行处理，生成电压误差的变量e1。误差调节环节16可以是一个PID控制环节，也可以是其他控制环节，比如可以采用比例调节环节，此时其表达式为e1＝k1×ek1为一个预先设定的常数。
输出电流调节环节12可以是一个PID控制，也可以是其他控制环节，它对所述输出电流的反馈电流Iof进行处理，生成电流Io1；再用绝对值变换环节13对所述电流Io1进行处理，得到电流Io2；然后由乘法环节14对所述电压误差的变量e1和所述电流Io2进行乘法运算，得到乘积C1；再由限幅控制环节15对所述乘积C1进行处理，得到非线性控制环节11的输出量Cn。
由加法环节10用所述基本电感电流参考量ILr1加上非线性控制环节11的输出量Cn，得到电感电流参考量ILr；由减法环节8用所述电感电流参考量ILr减去电感电流的反馈电流ILf，得到电感电流误差ei；由电感电流控制环调节环节9对所述电感电流误差ei进行处理，生成逆变器控制信号Vc；用逆变器控制信号Vc就可以按照常规的逆变器控制方法对逆变器主电路进行控制。
本发明的另一实例如图2所示，它是图1的一种扩展形式。从图2与图1的比较中可以看出，它在图1的基础上引入了输出电流的反馈电流Iof。具体的改进如下，用加减法环节17代替减法环节8，由加减法环节17将输出电流的反馈电流Iof与电感电流参考量ILr相加，再减去电感电流的反馈电流ILf，得到电感电流误差ei。其他步骤与图1相同。
逆变器由主电路1、控制装置5构成，主电路由驱动单元2、检测单元3、功率单元4组成。
控制装置5由减法部件6、电压控制环调节部件7、加法部件10、减法部件8、电感电流控制环调节部件9依次连接和非线性控制机构11构成，减法部件6、8分别与主电路1的输出电压的反馈电压Vof线、电感电流的反馈电流ILf线连接，非线性控制机构11的两个输入端一个与减法部件6和电压控制环调节部件7之间连接，另一个与主电路1输出电流的反馈电流Iof线连接，输出端与加法部件10连接。
非线性控制机构11是由依次连接的误差调节部件16、乘法部件14、绝对值变换部件13、输出电流调节部件12、和与乘法部件14连接的限幅控制部件15组成。
权利要求
1.一种逆变器的控制方法1)在预设的电压参考值中经减法环节减去输出电压的反馈量，得到电压误差；2)所述电压误差经电压控制环调节环节进行处理，生成基本电感电流参考量；3)经加法环节在基本电感电流参考量中加上由非线性控制环节生成的输出量，得到电感电流参考量；4)在所述电感电流参考量中经减法环节减去电感电流反馈量，得到电感电流误差；5)所述电感电流误差经电感电流控制环调节环节进行处理，得到逆变器控制量；6)用所述逆变器控制量对逆变器的主电路进行控制。
2.根据权利要求1所述的逆变器的控制方法，其特征在于在所述电感电流参考量中经减法环节减去电感电流反馈量的同时，经加法环节加上输出电流反馈量，得到电感电流误差。
3.根据权利要求1或2所述的逆变器的控制方法，其特征在于所述非线性控制环节是经其误差调节环节对所述电压误差进行处理，生成其变量；经其输出电流调节环节和绝对值变换环节对输出电流的反馈量依次进行处理后，再经其乘法环节对电压误差的变量与处理后的输出电流的反馈量进行乘法运算，得到的乘积输出量，即为非线性控制环节的输出量。
4.根据权利要求3所述的逆变器的控制方法，其特征在于在得到的乘积输出量后，再经限幅控制环节处理，作为非线性控制环节的输出量。
5.为实施权利要求1而专门设计的控制装置，包括逆变器的由减法部件(6)、电压控制环调节部件(7)、减法部件(8)、电感电流控制环调节部件(9)依次连接组成的控制装置，减法部件(6、8)分别与逆变器的主电路(1)连接，其特征在于在电压控制环调节部件(7)和减法部件(8)之间设置加法部件(10)，设置非线性控制机构(11)，其两个输入端分别与减法部件(6)和电压控制环调节部件(7)之间及逆变器的主电路(1)连接，输出端与加法部件(10)连接。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于将所述减法部件(8)设置成加减法部件(17)，并分别与逆变器的主电路(1)连接。
7.根据权利要求5或6所述的控制装置，其特征在于所述电压控制环调节部件(7)和电感电流控制环调节部件(9)分别是PI控制、内模控制、智能控制。
8.根据权利要求5或6所述的控制装置，其特征在于所述非线性控制机构(11)是由误差调节部件(16)、乘法部件(14)、绝对值变换部件(13)、输出电流调节部件(12)依次连接组成。
9.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于所述输出电流调节部件(12)和误差调节部件(16)分别是PI控制、内模控制、智能控制。
10.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于在乘法部件(14)和加法部件(10)之间设置限幅控制部件(15)。
全文摘要
一种逆变器的控制方法及控制装置，方法是在电压参考值中减去输出电压的反馈电压得其差后，经电压控制环调节环节处理成基本电感电流参考电流，再把它与由非线性控制环节处理生成的输出量相加得电感电流参考电流，再在其中减去电感电流的反馈电流成为电感电流误差，最后经电感电流控制环调节环节处理后，再对逆变器进行控制。装置由依次连接的减法部件、电压控制环调节部件、减法部件、电感电流控制环调节部件构成，在电压控制环调节部件和减法部件之间设置加法部件，再设置非线性控制机构与加法部件连接。本发明具有有效提高逆变器在瞬时突变负载和周期性的非线性负载条件下的稳态和动态性能，又不会影响逆变器在线性负载条件下的正常工作。
文档编号G05F1/12GK1808876SQ20051006224
公开日2006年7月26日 申请日期2005年12月27日 优先权日2005年12月27日
发明者陈敏, 郑崇峰, 钱照明 申请人:浙江大学