专利名称：一种状态跟踪数字控制的逆变电源的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及一种功率变换电路，特别涉及一种状态跟踪数字控制 的逆变电源。
背景技术：
采用数字控制器可以克服模拟控制器易老化、通用性低、结构复杂等 缺点，因而数字控制受到广泛关注。随着微处理器等微电子技术突飞猛进 的发展，数字控制的应用更为普遍。为充分发挥数字控制的优点，国内外 学者先后提出各种数字控制方法。
但是，模拟化设计的数字控制器属于间接设计，其控制器的任何离散 化方法均有响应失真，导致其控制性能远不如模拟控制器。另外，重复控 制和无差拍控制作为两种数字控制器特有的控制方法，没有同时兼顾系统 的多方面性能。重复控制根据内模原理利用误差信号的周期性积分消除稳 态误差，但动态响应速度较慢。无差拍控制根据参考信号和被控对象的动 态模型决定控制量，使被控量在一个采样周期时间内达到参考值，具有较 快的响应速度，但是其控制精度依赖于模型参数的精确性，鲁棒性较差， 有可能降低系统稳定性或甚至不稳定。可见能发挥数字控制优点的上述数 字控制方法虽然被提出，但存在不足。
发明內容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提供一种状态
跟踪数字控制的逆变电源，该逆变电源动态响应快速、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；稳态精度高；而且结构 简单，成本较低。
3本实用新型提供的状态跟踪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，逆变器中引出的负载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；微处理器包括前置滤波器，预测观测器，状态增益矩阵， 一拍延迟模块和减法器；前置滤波器输入端与参考量 相接，前置滤波器输出端与减 法器正输入端相接；减法器输出端与一拍延迟模块输入端相接； 一拍延迟 模块输出端与逆变器控制端和预测观测器第二个输入端相接；预测观测器 第一个输入端与电流传感器输出端相接，预测观测器第三个输入端与电压 传感器输出端相接，预测观测器输出端与状态增益矩阵输入端相接；状态 增益矩阵输出端与减法器负输入端相接。本实用新型与现有技术相比具有以下优点(1) 突加、突减半载时，本实用新型提供的逆变电源的动态过渡过程 均不超过0.8ms;输出电压瞬时变化率小，负载适应性增强。(2) 从空载到额定负载的各种负载情况下，稳压精度高，稳态误差大 大降低。G)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，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) 本实用新型在对状态跟踪数字控制的逆变电源设计中，采用状态 跟踪控制和系统极点配置方法，以保证逆变电源的稳定性、动态性能以及 减小稳态误差，整个电源系统具有较强的鲁棒性。在各种不同的负载扰动 情况下，均能得到品质优良的交流输出电压；整个逆变电源对逆变器参数、 状态跟踪数字控制器参数变化不敏感，系统响应性能稳定。(5) 本实用新型电路结构简单，成本低，易于实现。
图1为状态跟踪数字控制的逆变电源的结构示意图；图2为微处理器主程序流程图；图3为图1中控制算法的原理框图一；图4为图2中的控制算法程序流程图一；图5为图1中控制算法的原理框图二；图6为图2中的控制算法程序流程图二。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。如图1所示，本实用新型提供的状态跟踪数字控制的逆变电源的结构为前置滤波器7输入端与参考量",相接，前置滤波器7输出端与减法器 10的正输入端相接。减法器10输出端与一拍延迟模块11输入端相接。一 拍延迟模块11输出端与逆变器2控制端和预测观测器8第二个输入端相接。 预测观测器8第一个输入端与电流传感器6输出端相接，预测观测器8第 三个输入端与电压传感器5输出端相接，预测观测器8输出端与状态增益 矩阵9输入端相接。状态增益矩阵9输出端与减法器10的负输入端相接。 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，逆变器2直流 端与直流电源4相连。逆变器2中的负载电流与电流传感器6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。前置滤波器7、预测观测器8、状态增益矩阵9、 一拍延迟模块11和减 法器10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。逆变器2中的负载电流z'。和输出电压"。分别经过电流传感器6和电压传 感器5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。状态跟踪数字控制所采用的控制方法如图2所示。以输出电压、逆变器 电流、输出电压的积分和输出电压的二重积分为状态变量，称为状态跟踪I型，其控制算法的原理图和程序流程图如图3和图4所示；以输出电压、逆 变器电流和输出电压的积分为状态变量，称为状态跟踪II型，其控制算法 的原理图和程序流程图如图5和图6所示。其具体步骤为
(1) 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 的当前拍的负载电流/。("， k表示当前拍的序号，在数字控制系统中一个采
样周期T称为一拍。
(2) 利用公式(A)计算电压预测误差e"。("
e 。(AO = "。(" —、(" (A) 其中，、("为在第k-l拍时得到的第k拍输出电压预测值。
(3) 由公式(B)计算重复补偿后的控制信号"KA)
"邵,("=e"丰AO + V 。 & — ^ +夂)
(B)
其中，"刚a)为重复补偿量，",("为第k拍的控制信号，iV为一个基 波周期的采样次数，Q为准积分系数，0.9《。<1，通常取0.95，舡为重复增 益，0< 0.5， ^为超前拍数，用以补偿公式(C)的相角滞后。
(4)利用公式(C)计算下一拍的输出电压预测值zJ。("l)和下一拍的滤波 电感电流预测值〖^ + l):
<formula>formula see original document page 6</formula>仏=<formula>formula see original document page 7</formula>cos rfr--e 21 sin rfr + l《^22 ■c,=[i o]w =^=，为逆变器2的自然振荡频率 =，为逆变器2的阻尼振荡频率其中，zJ。(幻、《(Q分别为当前拍的输出电压预测值和滤波电感电流预测值，L为逆变器2输出的总滤波电感，C为逆变器2输出的总滤波电容， r为逆变器2的等效阻尼电阻；A为预测反馈增益矩阵，可以按照Oi-Z/,C,) 的特征值比逆变器2的闭环特征值快3倍以上的原则选择。(5) 利用公式(D1)计算下一拍输出电压积分预测值^("1):化("1) = 7^0("1)+^(" (Dl)为在第k-l拍时得到的第k拍的输出电压积分预测值；如果采用状态跟踪I型，还要利用公式(D2)计算下一拍输出电压二重积 分预测值、(A: + 1):、(A; + 1) = 7^(A: + 1) + ^(A:) (D2) 为在第k-l拍时得到的第k拍的输出电压二重积分预测值。(6) 计算状态跟踪控制信号",Q + 1):(6A)当采用状态跟踪I型时，利用公式(El)计算下一拍状态跟踪控制信号w,(A:+l):w,( A: + 1 ) = &4〗(A: + 1) +A: +1) + A:2￡(,.( A: + 1) +A: + 1) (El)其中，ki、 k2、 k3、 k4为状态跟踪数字控制的状态增益矩阵K中的元r i
预测值，/,,&+1)为 ,,(*+1)的微分值，i("为U"的微分值。
//,为扰动反馈增益矩阵，可以按照"-乂,。的特征值比逆变器2的
闭环特征值快5倍的原则选择。
(6B)当采用状态跟踪II型时，利用公式(E2)计算下一拍状态跟踪控
制信号"/(A: + l):
w, (" 1) = A:;+1) + A; z}。 (A + l) +《z〗,(yt +1) (E2)
其中，k、、 k'2、 k'3为状态跟踪数字控制的状态增益矩阵K'中的元素。 在状态变量为输出电压U。、逆变器电流i、输出电压的积分Ui，此时状 态跟踪数字控制逆变电源的离散状态方程义(^ + 1) = /^:(" + ( 2"#)，其中
F2、 G2为状态矩阵和输入矩阵。系统在离散域中的期望闭环极点 户—5 s zj，运用Ackermamn公式求解K'-[k; k;k:]中的各元素。 (7)计算前置滤波器输出信号",，Q + 1):
根据状态跟踪I型和状态跟踪II型的不同，前置滤波器输出信号的计 算过程分别叙述如下。
0
在状态变量为输出电压U。、逆变器电流i、输出电压的积分Ui和输出电 压的二重积分Uii，此时状态跟踪数字控制逆变电源的离散状态方程 1(* + 1)=巧义&) +《"#)，其中F,、 G,为状态矩阵和输入矩阵；系统在离散 域中的期望闭环极点/Hs s s ;卜利用Ackermamn公式可以求得 K-[k, ^ k3 k4 ]中的各元素。 a + l)为逆变器电流预测值，可以是电感电流，也可以是电容电流。采
用电感电流时，下一拍逆变器电流预测值f(/c + l)"(/c + l);采用电容电流时， 下一拍逆变器电流预测值/("l)"("1)-U"l)，其中下一拍负载电流预测 值U"1)可由式(F)计算
(F)
式中式=
，C,=[0 l]， UA)为在第k-l拍时得到的第k拍的负载电流(7A)当采用状态跟踪I型时，按以下公式可求得前置滤波器参数 —63 —其中&为Cg -k^+k^VkA2 =0的实根， & =2^ +A:3r ，& =夂+ ^r+&4r2根据下一拍参考量",^+i)、当前拍参考量",()t)及上一拍参考量 ",("i)，由公式(Gl)计算前置滤波器下一拍输出信号",(;t+i): (A: +1) = (A: +1) - A6wr + ^r (A: -1) + 2 - wp (A: -1) (G 1)Wp0t-1)、 "^)分别为在第k-2拍、第k-l拍得到第k-l拍、第k拍的 前置滤波器输出信号；(7B)当采用状态跟踪II型时，按以下公式可求得前置滤波器参数 =夂+A;:rk:=k:根据下一拍参考量"f("l)和当前拍参考量",W，由公式(G2)计算前 置滤波器下一拍输出信号 (A: + 1):wp(A: + l) = A:、(A; + l)-A::t/r(A:) + wpOt) (G2)(8) 利用公式(H)计算下一拍的控制信号^(/U1):A("l)^("l)-w,(A: + l) (H)(9) 下一拍控制信号"1(* + 1)经过一拍延迟模块后在第1^+ l拍对逆变器 进行调节；(10) 令l^k+l，转到步骤(1 )，循环执行。其中k、《。、e 。、 wrep,、 Ml、《、^、 <、 ？。、 /。、 "p信号的初始值都为零。状态跟踪I型与状态跟踪II型相比突加、突减半载时，状态跟踪I型的输出电压瞬时变化率为7.72%，状态跟踪II型的输出电压瞬时变化率 为10.29%;从空载到额定负载的各种负载情况下，状态跟踪I型的稳压精 度在0.79%之内，状态跟踪11型的稳压精度在0.54%之内；在额定非线性负载情况下，状态跟踪I型在电流波峰因子为3.6时THD〈1.2。/。，状态跟踪 II型在电流波峰因子为3.3时THD<2.52%。
本实用新型不仅局限于上述具体实施方式
，本领域一般技术人员根据 实施例和附图公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式
实施本实用新 型，因此，凡是采用本实用新型的设计结构和思路，做一些简单的变化或 更改的设计，都落入本实用新型保护的范围。
权利要求1、一种状态跟踪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)中引出的负载电流与电流传感器(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；微处理器(1)包括前置滤波器(7)，预测观测器(8)，状态增益矩阵(9)，一拍延迟模块(11)和减法器(10)；前置滤波器(7)输入端与参考量ur相接，前置滤波器(7)输出端与减法器(10)正输入端相接；减法器(10)输出端与一拍延迟模块(11)输入端相接；一拍延迟模块(11)输出端与逆变器(2)控制端和预测观测器(8)第二个输入端相接；预测观测器(8)第一个输入端与电流传感器(6)输出端相接，预测观测器(8)第三个输入端与电压传感器(5)输出端相接，预测观测器(8)输出端与状态增益矩阵(9)输入端相接；状态增益矩阵(9)输出端与减法器(10)负输入端相接。
专利摘要本实用新型公开了一种状态跟踪数字控制的逆变电源，其特征在于前置滤波器输入端与参考量u<sub>r</sub>相接，前置滤波器输出端与减法器正输入端相接，减法器输出端与一拍延迟模块输入端相接，一拍延迟模块输出端与逆变器控制端和预测观测器第二输入端相接，预测观测器第一、第三输入端分别与电流、电压传感器的输出端相接，预测观测器输出端与状态增益矩阵输入端相接，状态增益矩阵输出端与减法器负输入端相接。逆变器输出端与电压传感器输入端及负载相接，逆变器直流端与直流电源相连，逆变器中的负载电流与电流传感器输入端相接。该逆变电源动静态特性优良，输出电压波形畸变小，本实用新型广泛应用在含交流稳定电源的各种供电系统中。
文档编号H02M7/42GK201388163SQ20092008522
公开日2010年1月20日 申请日期2009年4月22日 优先权日2009年4月22日
发明者唐诗颖, 勇 康, 力 彭, 晓 胡, 坚 陈 申请人:华中科技大学