瞬时电压PID电流PI数字控制的逆变电源制造技术

本发明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，本发明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。

【技术实现步骤摘要】

本专利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 然已被提出，但存在不足。专利技术內容本专利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。本专利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数字控制器的本专利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) 本专利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) 本专利技术电路结构简单，成本低，易于实现。8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。具体实施例方式下面结合附图和实例对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，本专利技术瞬时电压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/可为滤波电感电流滤波电容电流^和负载电 流/。。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。(it)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^ + l);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,^ + l),下面 分别予以说明。(2A)当采集的电流信号/为滤波电感电流/,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^(/t + l):(2A1)利用公式(Al)计算当前拍的电压误差信号e,(Q，其中,(为当 前拍的参考量(Al)(2A2)利用公式(A2)计算当前拍的电流给定信号^(:ir ( = [、 +钆^ /(z—1) + (z—1) /(rz)h (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^(Q，当采集的电流 信号i为滤波电感电流夂时，《;t)为当前拍的滤波电感电流A:);当采集的电 流信号/为滤波电容电流z;时，/(A:)为当前拍的滤波电容电流/￡:e2( = ,,W-柳 (A3) (2A4)利用公式(A4)计算下一拍的控制信号,(l):10Ml (A; +1) = [、 + &7> /(z - l)]e2 (A) ( A4 )其中、、A,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所示，输出电压。与参考量^比较后产生的电压误差信号e,经过电压PID 数字控制器7产生电流给定信号,,，电流给定信号,f减去滤波电感电流/,产 生电流误差信号^ ，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】
1、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。2、 根据权利要求1所述的逆变电源，其特征在于微处理器(l)按照下 述步骤进行控制第1步采集电压传感器得到的当前拍的输出电压。(和电流传感器得 到的当前拍的电流W)，且当前拍电流《为滤波电感电流z;或滤波电容电流其中，采样周期T称为一拍，k表示第k个离散时刻，其初始值为0;第2步按照第2.1步至第2.4步的过程计算下一拍的控制信号^(;t + l):第2.1步利用公式(I)计算当前拍的电压误差信号W，其中 W为 当前拍的参考量= (I) 第2.2步利用公式(II)计算当前拍的电流给定信号^(:+ —1)/(化)]e,(A:) (II)其中、、、、^分别为电压PID数字控制器的比例、积分、微分系数； z为离散域算子；第2.3步利用公式(III)计算当前拍的电流误差信号^,当采集的电 流信号z'为滤波电感电流/,时，W)为当前拍的滤波电感电流A:);当采集的电流信号i为滤波电容电流/J寸，W)为当前拍的滤波电容电流U&):e2( = ,,(-W (III) 第2.4步利用公式(IV)计算下一拍的控制信号,(^ + l),然后转入第3步w, (A: +1) = [、 +夂,7V /0 - l)]e2 (IV )其中，、、A,分别为电流PI数字控制器的比例、积分系数，Z为离散域 算子；、、^、 t、、、、按照下述公式计算获得、=&5&为方程(V^ _C)《+A:4)g - W、 +《=0的实根; 、 -C)^]/A:5,&W = & /夂；其中，c为逆变器输出的总滤波电容，A、 &、 &、 &、 ^利用逆变器状态方程离散化后的状态矩阵和输入矩阵，以及离散域期望闭环极点矩阵计算得到；第3步利用下一拍的控制信号,(^ + l)对逆变器进行控制； 第4步令k-k+l，重复第1步 第3步，直至关机。3、 根据权利要求1所述的逆变电源，其特征在于微处理器(l)还包括 状态观测器(11)和扰动观测器(12)，状态观测器(ll)的输入端分别与电流传感 器(6)和电压传感器(5)的输出端相连，扰动观测器(12)的输入端与电流传感器 (6)的输出端相连。4、 根据权利要求3所述的逆变电源，其特征在于微处理器(1)按照 下述步骤进行控制<formula>formula see original document page 4</formula>第1步采集电压传感器得到的...

【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：彭力，康勇，陈坚，王淑惠，阮燕琴，
类型：发明
国别省市：83