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在此研究了三电平弧焊逆变电源，设计了零电压PWM复合式全桥三电平逆变器，分析了逆变器输出波形为三电平时IGBT的工作波形，确定了主电路中IGBT、电感、二极管等器件的参数。在给出弧焊电源的PWM变换器、控制对象的数学模型基础之上，建立了弧焊逆变电源系统的数学模型，根据二自由度控制理论设计了该系统的控制器，并用Matlab仿真了二自由度控制系统和常规PI控制系统的跟随性能和抗扰性能，结果表明，所设计的二自由度控制器在阶跃响应、抗干扰性方面都优于PI控制器。