毕业论文：逆变电源陕西理工学院毕业设计

无差拍控制无差拍控制是种基于微机实现的方案，是数字控制特有的种控制方案。

它根据逆变器的状态方程和输出反馈信号来计算逆变器在下个采样周期的脉冲宽度，控制开关动作使下个采样时刻的输出准确跟踪参考指令。

由负载扰动引起的输出电压偏差可在个采样周期内得到修正。

无差拍控制有着非常快的动态响应，波形畸变率小，即使开关频率不是很高，也能得到较好的输出波形品质。

但是，无差拍控制的自身缺点也十分明显无差拍控制效果取决于模型估计的准确程度，实际上无法对电路模型做出非常精确的估计，而且系统模型随负载不同而变化，系统鲁棒性不强其次，无差拍控制极快的动态响应即是其优势，又导致了其不足，为了在个采样周期内消除误差控制器瞬态调节量较大，旦系统模型不准，很容易使系统输出振荡，不利于逆变器的稳定运行。

重复控制重复控制的基本思想源于控制理论中的内模原理，内模原理是把作用于系统的外部信号的动力学模型植入控制器以构成高精度的反馈控制系统。

由内模原理可知，除非针对每种指令或扰动信号均设置个正弦函数内模，否则无法实现无静差，重复控制利用重复信号发生器内模巧妙地解决了这问题。

重复控制采用数字方式实现。

逆变器重复控制的目的是为了克服死区非线性负载引起的输出波形周期性畸变。

其基本思想是假定前基波周期中出现的畸变将在下基波周期的同时间重复出现，控制器根据每个开关周期给定与反馈信号的误差来确定所需的校正信号，然后在下基波周期同时间将此信号叠加在原控制信号上，以消除以后各周期中将出现的重复性畸变。

重复控制能使逆变器获得低的稳态输出波形。

但其主要弱点是动态性能差，干扰出现后的个参考周期内，系统对干扰不产生任何调节作用，这周期系统近乎处于开环控制状态，消除干扰对输出的影响至少要个参考周期。

此提出了自适应重复控制伺服控制器和重复控制器组成的复合控制状态反馈控制与重复控制组成的双环控制等多种方案改善系统的动态特性。

滑模变结构控制滑模变结构控制最大的优势是对参数变动和外部扰动不敏感，系统的鲁棒性特别强。

早期逆变器采用模拟控制实现滑模变结构控制，存在电路复杂控制功能有限的弱点。

基于微处理器的滑模变结构控制完全不同于常规的连续滑模控制理论，需要离散滑模控制技术，有些文献引入前馈改善离散滑模控制的稳态性能，有些通过自矫正措施改善负载扰动的影响。

但是滑模控制存在理想滑模切换面难以选取控制效果受采样率的影响等弱点，它还存在高频抖动现象且设计中需知道系统不确定性参数和扰动的界限，抖动使系统无法精确定位，测定系统不确定参数和扰动的界限则影响了系统鲁棒性进步发挥。

变频电源技术研究的发展趋势在电力电子技术的应用及各种电源系统中，变频电源技术均处于核心地位。

近年来，现代变频电源技术发展主要表现出以下几种趋势高频化提高变频电源的开关频率，可以有效地减小装置的体积和重量，为了进步减小装置的体积和重量，去掉笨重的工频隔离变压器，采用高频隔离，并可消除变压器和电感的音频噪声，同时改善了输出电压的动态响应能力。

高性能化高性能主要指输出电压特性的高性能，它主要体现在以下几个方面稳压性能好，空载及负载时输出电压有效值要稳定波形质量高，不但要求空载时的波形好，带载时波形也好，对非线性负载性要强突加或突减负载时输出电压的瞬态响应特性好电压调制量小输出电压的频率稳定性好对于共相电源，带不平衡负载时相电压失衡小。

模块化当今逆变电源的发展趋向是大功率化和高可靠性虽然现在已经能生产几千的大型逆变电源，完全可以满足大功率要求的场合。

但是，这样整个系统的可靠性完全由单台电源决定，无论如何可靠性也不可能达到很高。

为了提高系统的可靠性，就必须实现模块化，模块化意味着用户可以方便地将小容量的模块化电源任意组合，构成个较大容量的变频电源。

模块化需要解决逆变电源之间的并联问题，变频电源的并联要比直流电源的并联复杂，它面临着负荷分配环流补偿通断控制等多方面的问题。

数字化现在数字信号处理技术日趋完善成熟，显示出越来越多的优点便于计算机处理控制避免模拟信号的畸变失真提高系统抗干扰能力便于软件包调试和遥感遥测遥调也便于自诊断，容错等技术的植入，同时也为电源的并联技术发展提供了方便。

绿色化绿色电源的含义有两层首先是显著节电，这意味着发电容量的节约，而发电是造成环境污染的重要原因。

为了使电源系统绿色化，电源应加装高效滤波器，还应在电网输入端采用功率因数校正技术和软开关技术。

提高输入功率因数具有重要意义，不仅可以减少对电网的污染，降低市电的无功损耗，起到环保和节能的效果，而且还能减少相应的投资，提高运行可，第章绪论研究逆变电源的意义随着各行各业控制技术的发展和对操作性能要求的提高，许多行业的用电设备都不是直接用交流电网提供的交流电作为电能源，而是通过各种形式对其进行变换，从而得到各自所需的电能形式。

逆变就是对电能进行变换和控制的种基本形式，它完成将直流电变换成交流电的功能。

现代逆变技术是研究现代逆变电路的理论和应用设计方法的学科，这门学科综合了现代电力电子开关器件技术现代功率变换技术模拟和数字电子技术技术开关电源技术和现代控制技术等多种实用设计技术，已被广泛的用于工业和民用领域中的各种功率变换系统和装置中。

早期的变频电源，只需要其输出电压频率可调即可，然而，今天的变频电源除这些要求外，还必须环保无污染，即绿色环保变频电源。

因而高性能的变频电源必须满足高的输入功率因数，低的输出阻抗快速的暂态响应，稳态精度高稳定性高，效率高，可靠性高低的电磁干扰智能化。

由于传统的变频电源采用模拟控制技术，难以实现上述要求。

因而，研究数字化控制技术的绿色变频电源技术，对当今提出的节能高效绿色环保工业口号的实现具有重要意义。

目前研究的现状般的电源跟负载相连，因而这里仅讨论无源逆变技术。

从相关文献可知，目前对逆变电源的研究主要集中在以下几个方面拓扑形式目前常用的逆变电路拓扑形式主要有常规逆变电路拓扑，软开关逆变电路拓扑，多电平逆变电路拓扑等。

常规逆变电路拓扑常规逆变电路拓扑可分为单相半桥单相桥式三相桥式电路等，根据直流侧电源性质，又可将其分为电压源型逆变电路和电流源型逆变电路。

单相逆变电路的优点是简单，使用器件少，常用于几以下的小功率逆变电源。

三相桥式逆变电源应用较多。

软开关逆变电路拓扑逆变电源为得到更好的交流输出波形，将会提高全控型电力电子器件的开关频率，同时，开关损耗也会随之增加，电路效率严重下降，电磁干扰也增大了，所以简单的提高开关频率是不行的。

针对这些问题出现了软开关技术，它是以谐振为主的辅助换流手段，解决了电路中的开关损耗和开关噪声问题，使开关频率可以大幅度提高。

软开关技术总的来说可以分为零电压和零电流两类，按照其出现的先后，可以将其分为准谐振零开关和三大类。

每类都包括拓扑和众多的派生拓扑。

三电平或多电平逆变电路拓扑多电平逆变器的思想最早由日本于世纪年代初提出的。

其基本原理是通过多个直流电平来合成逼近正弦输出的阶梯波电压。

其优点是减小逆变器输出谐波，降低了开关管电压应力。

多电平拓扑结构种类较多，但是大致可分为二极管钳位型，飞跨电容性和直流电源级联多电平这三种拓扑结构。

这三种多电平拓扑结构各有优点，其中应用最广泛的是二极管钳位型多电平拓扑结构。

调制形式方波控制方波逆变器输出的交流电压波形为方波，占空比不可调。

此类逆变器所使用的逆变线路也不完全相同，但共同的特点是线路比较简单，使用的功率开关管数量很少。

这类逆变器还有调压范围不够宽，保护功能不够完善，噪声比较大等缺点，设计功率般在百瓦至千瓦之间。

调制空间电压矢量控制调制也叫磁通正弦法，它以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通，由它们的比较结果决定逆变器的开关，形成波形。

此法从电动机的角度出发，把逆变器和电机看作个整体，以内切多边形逼近圆的方式进行控制，使电机获得幅值恒定的圆形磁场正弦磁通。

它提出主要是为解决电机变频驱动问题，现已被用到逆变和整流技术中。

调制法就是用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的波形即波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。

控制策略与模拟控制相比，变频电源采用全数字化控制具有下优势温度漂移小，抗干扰能力强，可靠性高，稳定性好。

数字式部件结构牢固，体积小，重量轻，耗能少，易于标准化。

提高了信息存储监控诊断以及分级控制的能力，使系统更趋于智能化，系统维护方便。

④控制策略灵活，可以方便实现许多复杂智能的算法提高性能。

但同时也出现了如下问题量化过程的误差使系统性能有所下降，数字处理器采样计算延时带来的变频电源最大占空比受限问题等，这些问题使得数字控制在变频电源性能提高的发挥中受到了阻碍。

为了提高数字控制变频电源的性能，国内外学者大都致力数字控制方面的研究，提出了大量卓有成效的数字控制方案单闭环控制早期的逆变控制器多为模拟控制，单纯采用输出电压的瞬时值反馈。

采用模拟控制器进行调节，其动态性能特别是非线性负载的时候，不能令人满意。

对于要求较高的系统，还没有做到满足系统要求的动态特性和稳态精度。

随着的出现，逆变器的瞬时值反馈数字控制成为可能。

但是，数字控制不可避免地存在些局限性。

控制的精度取决于比例项和积分项，这两项越大控制精度越高，方面逆变器空载时振荡性很强，积分项易产生相位滞后，另方面离散化系统的量化误差也对稳定性产生影响，因此比例项和积分项不能取得太大。

由于数字控制的采样计算延时的影响，引入了相位滞后，减小了最大可得到的脉宽，结果势必造成稳态误差大，输出电压波形畸变高。

采用高速和高速处理器以及提高开关频率可以定程度上改善数字控制的效果，但实现起来有定困难。

并且控制无法实现对正弦指令的无静差跟踪，逆变器系统实际上往往增设外环均值反馈以保证系统的稳态精度。

滞环控制滞环控制的基本思想是将给定信号与检测的实际输出信号相比较，根据误差大小改变逆变器的开关状态，这样实际输出围绕给定波形作锯