电压型逆变器控制系统设计的可视算法研究

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随着电力电子技术的飞速发展和各行各业对电气设备控制性能要求的提高,逆变技术越来越重要,对电源质量的要求也在不断提高。在逆变电源中控制是其核心,控制系统的设计对逆变电源输出电压质量有着重要的作用。本课题研究的是电压型逆变器控制系统设计的可视算法,利用数据可视化算法整定PI电压调节器参数,分析了两种控制策略,一种是输出滤波器里的电感(和逆变桥相连的电感)瞬时电流为内环,输出负载电压为外环的双环控制,另一种是在此双环控制基础引入输出滤波器中的电容电压,输出负载电流正反馈的控制方法,推导出系统具体的传递函数,在负载为无穷大时利用数据可视化算法对外环PI电压调节器参数整定,在满足频域性能和时域性能性能指标中选取较优的参数,两种控制效果互相渗透,得到的输出波形质量都较高。首先研究了PI控制器参数整定的数据可视化算法,由于PI控制器优化参数的结果形式往往不是有限个解析解而是某些范畴的无数个数值解,而在设计PI控制器时采用数据场可视化的方法可以清楚地在全局范围内展现诸设计参数与设计效果的因果关系。通过取不同数据场交集,可将彼此矛盾且又互相制约的问题可视化,最终得出比较好的控制效果参数。再分析了单相SPWM逆变电源的工作原理,在单相逆变电源中应用这种数据可视化算法,对加入控制策略的逆变器系统进行数学构建,得出相应的传递函数,把非线性方程都转化为关于受控对象频率响应的信息来绘制图形,得到满足频域性能的最佳控制参数域,再在此基础上利用时域性能指标寻优,从而比较容易选取既满足频域性能指标要求又满足时域性指标能要求的控制参数。最后根据单相SPWM逆变电源抽象出的数学模型,建立完整的单相SPWM逆变电源仿真模型,对图形整定的外环电压PI参数进行分析,得出了数据可视化整定的控制系统参数,有着较强的鲁棒性和较快的动态响应特性的特点,而且当系统参数发生变化或负载扰动时,其稳态输出特性也较好;从诸仿真结果中可以看出,在这种数据可视算法整定的PI控制器参数作用下,输出电压波形均具有较低的THD值,同时还获得了良好的稳态和动态特性。本文的创新点是对PI控制参数进行数据可视化整定,再利用此方法对逆变器控制系统参数整定。
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