瞬时电压PID电流PI数字控制的逆变电源制造技术

本实用新型专利技术公开了一种瞬时电压ＰＩＤ电流ＰＩ数字控制的逆变电源，电流ＰＩ数字控制器输出端与逆变器控制端相接，逆变器输出端与电压传感器输入端及负载相接，电压传感器输出端与第一减法器负输入端相接，第一减法器正输入端接收参考量，第一减法器输出端与电压ＰＩＤ数字控制器输入端相接，逆变器直流端接直流电源，逆变器中引出的电流与电流传感器输入端相接，电流传感器输出端与第二减法器负输入端相接，第二减法器正输入端与电压ＰＩＤ数字控制器输出端相接，第二减法器输出端与电流ＰＩ数字控制器输入端相接。该逆变电源精度高，响应快速、平稳，非线性负载情况下输出电压总谐波畸变率低，本实用新型专利技术可广泛应用于交流稳定电源、不间断电源、有源电力滤波器等。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种功率变换电路，特别涉及一种瞬时电压PID (比例 积分微分)电流PI (比例积分)数字控制的逆变电源。
技术介绍
随着超大规模集成电路技术的发展，微处理器的性能飞速提高，成本价 格不断下降，使得逆变电源的全数字化控制日益增多。直接数字控制与模拟控制相比，有下列优点从噪声和漂移效应来看，数字控制器远较相应的模 拟控制器优越；能以恒定的精确度快速执行复杂计算，抗干扰能力强；根据 需要可以很容易改变控制程序(控制器特性)，通用性极强，升级方便；具 有较强的监控功能，系统维护方便；数字式部件体积小，重量轻，易于标准 化。数字控制相对于模拟控制有许多优越之处，使之受到广泛关注。逆变电 源的数字控制器采用重复控制能够很好地抑制周期性扰动，改善系统的稳态 响应，但动态响应不快，至少在一个基波周期以上；采用无差拍控制具有较 快的动态响应速度，但是控制性能对系统参数依赖性强，对参数变化敏感， 鲁棒性差，有可能降低系统稳定性或甚至不稳定；采用常规的PI数字控制 动态响应慢、控制精度差。可见能发挥数字控制优点的几种数字控制方法虽 然己被提出，但存在不足。专利技术內容本技术的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提供一种瞬时电 压PID电流PI数字控制的逆变电源，该逆变电源稳态精度高；动态响应快 速、平稳；非线性负载情况下输出电压总谐波畸变率低，在额定非线性负载、 负载电流波峰因子超过3的情况下，输出电压总谐波畸变率也较低；控制鲁棒性高，抗干扰能力强，能输出高品质的交流电源。本技术提供的瞬时电压PID电流PI数字控制的逆变电源，其特征在于逆变器的控制端与微处理器相接，逆变器的输出端与电压传感器的输入 端及负载相接，逆变器中引出的电流与电流传感器的输入端相接，逆变器直 流端与直流电源相连，电压传感器的输出端和电流传感器的输出端分别与微 处理器相接；所述微处理器包括电压PID数字控制器、电流PI数字控制器和第一、 第二减法器，电流PI数字控制器的输出端与逆变器的控制端相接，电压传 感器的输出端与第一减法器的负输入端相接，第一减法器的正输入端接收参 考量""第一减法器的输出端与电压PID数字控制器的输入端相接，电流传 感器的输出端与第二减法器的负输入端相接，第二减法器的正输入端与电压 PID数字控制器的输出端相接，第二减法器的输出端与电流PI数字控制器的 输入端相接。本技术与现有技术相比具有以下优点(1) 从空载到额定负载的各种负载情况下，输出电压稳压精度均在 0.42%之内，稳态误差大大降低。(2) 负载突变达50%额定功率时，动态过渡过程不超过0.8ms，输出电 压变化率不超过7.07%，负载适应性增强。(3) 在额定非线性负载、负载电流波峰因子达3.2的情况下，输出电压 总谐波畸变率THD=1.316%，表现出对非线性负载引起的波形失真具有更强 的抑制能力。(4) 本技术在对逆变电源瞬时电压PID电流PI数字控制器控制参 数的设计中，直接在离散域将控制参数与逆变电源性能指标要求建立定量关 系，整个逆变电源具有较强的鲁棒性，在各种不同负载扰动情况下，均能得 到品质优良的交流输出电压；逆变电源对逆变器参数、数字控制器参数变化 不敏感，系统响应性能稳定；能够满足高性能指标要求，具有明显的优越性。(5)本技术电路结构简单，成本低，易于实现。附图说明图1为瞬时电压PID电流PI数字控制的逆变电源的结构示意图2为微处理器主程序流程图3为图2中的控制算法程序流程图一；图4为图1的原理电路框图一；图5为图1的原理电路框图二；图6为图2中的控制算法程序流程图二；图7为图2中的控制算法程序流程图三；图8为图1的原理电路框图三；图9为图1的原理电路框图四。具体实施方式以下结合附图和实例对本技术作进一步详细说明。如图1所示，本技术瞬时电压PID电流PI数字控制的逆变电源的结构为电流PI数字控制器8的输出端与逆变器2的控制端相接，逆变器2的 输出端与电压传感器5的输入端及负载3相接，电压传感器5的输出端与第 一减法器9的负输入端相接，第一减法器9的正输入端接收参考量^，第一 减法器9的输出端与电压PID数字控制器7的输入端相接，逆变器2的直流 端接直流电源4，逆变器2中引出的电流与电流传感器6的输入端相接，电 流传感器6的输出端与第二减法器10的负输入端相接，第二减法器10的正 输入端与电压PID数字控制器7的输出端相接，第二减法器10的输出端与 电流PI数字控制器8的输入端相接。逆变器2、电压传感器5和电流传感器6可选用通常的逆变器、电压传 感器和电流传感器。第一、第二减法器9、 10和电压PID数字控制器7、电流PI数字控制器 8构成微处理器1。其中微处理器可以是单片机或数字信号处理芯片。微处理器1采集电压传感器5输出的电压信号和电流传感器6输出的电 流信号，根据电压、电流信号和参考量，计算控制信号，并输出至逆变器2， 控制逆变器2工作。微处理器1和逆变器2构成一个瞬时电压PID电流PI数字控制系统， 逆变器2中的电流/和输出电压"。分别经过电流传感器和电压传感器送入微 处理器1，微处理器1经过程序运算后产生控制信号^对逆变器2实施控制， 其中逆变器2中的电流信号/可为滤波电感电流纟、滤波电容电流/。和负载电 流i。。瞬时电压PID电流PI数字控制中的微处理器1所采用的控制方法如图2 所示，其步骤为-(1) 采集电压传感器得到的当前拍的输出电压"。W和电流传感器得到的 当前拍的电流/("，在数字控制系统中一个采样周期T称为一拍，离散时刻 用kT表示，简写为k，表示第k个离散时刻，其初始值为0。(2) 计算下一拍的控制信号"X"1);根据采集的逆变器2中电流信号/的不同，包括滤波电感电流/,、滤波电 容电流/。和负载电流/。，采用不同的算法计算下一拍的控制信号％()t +1)，下面 分别予以说明。(2A)当采集的电流信号/为滤波电感电流夂或滤波电容电流(时，如图3 所示，按照步骤(2A1) (2A4)计算下一拍的控制信号^(yt + 1):(2A1)利用公式(AO计算当前拍的电压误差信号""，其中 W为当 前拍的参考量e州，(A:)-w。(" (Al) (2A2)利用公式(A2)计算当前拍的电流给定信号",f(":"irW = q(A:) (A2)其中、、、、^分别为电压PID数字控制器的比例、积分、微分系数， z表示离散域算子。(2A3)利用公式(A3)计算当前拍的电流误差信号e"Q，当采集的电流 信号/为滤波电感电流/,时，《A:)为当前拍的滤波电感电流"A:);当采集的电 流信号z'为滤波电容电流^时，《"为当前拍的滤波电容电流:<formula>formula see original document page 7</formula>(2A4)利用公式(A4)计算下一拍的控制信号W"1):<formula>formula see original document page 7</formula> ( A4 )其中 、、分别为电流PI数字控制器的比例、积分系数。 图4是与采集的电流信号/为滤波电感电流夂对应的原理电路框图。如图4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种瞬时电压ＰＩＤ电流ＰＩ数字控制的逆变电源，其特征在于：　逆变器（２）的控制端与微处理器（１）相接，逆变器（２）的输出端与电压传感器（５）的输入端及负载（３）相接，逆变器（２）中引出的电流与电流传感器（６）的输入端相接，逆变器（２） 直流端与直流电源（４）相连，电压传感器（５）的输出端和电流传感器（６）的输出端分别与微处理器（１）相接；　所述微处理器（１）包括电压ＰＩＤ数字控制器（７）、电流ＰＩ数字控制器（８）和第一、第二减法器（９，１０），电流ＰＩ数字控制器（８ ）的输出端与逆变器（２）的控制端相接，电压传感器（５）的输出端与第一减法器（９）的负输入端相接，第一减法器（９）的正输入端接收参考量ｕｒ，第一减法器（９）的输出端与电压ＰＩＤ数字控制器（７）的输入端相接，电流传感器（６）的输出端与第二减法器（１０）的负输入端相接，第二减法器（１０）的正输入端与电压ＰＩＤ数字控制器（７）的输出端相接，第二减法器（１０）的输出端与电流ＰＩ数字控制器（８）的输入端相接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭力，康勇，陈坚，王淑惠，阮燕琴，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]