基於模糊補償的逆變器數字控制方法及裝置的製作方法
2023-11-11 04:47:47
專利名稱：基於模糊補償的逆變器數字控制方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及電源數字控制技術，具體涉及一種基於模糊補償的逆變器數字控制方法及裝置。
現有的逆變器模擬控制系統，硬體環節較多，器件一致性和穩定性難以保證；現有逆變器數字控制系統要麼控制能力較弱(如只提供輸出電壓的有效值控制，不實時控制其波形的正弦度)，要麼所需的硬體平臺過高(如32位DSP等)。數字控制系統的問題來自一些不可避免的時間延遲，如採樣延遲、計算延遲、調製延遲等。這樣，由於硬體成本的限制，使得高性能的數位化逆變器難以在實際產品中獲得應用。
本發明的目的在於提供一種基於模糊補償的逆變器數字控制方法，按照這種數字控制方法控制的逆變器以及據此製造的UPS、變頻器及其它工業電源具有輸出電壓波形好、成本低、性能可靠的優點。
本發明的另一目的在於提供一種基於模糊補償的逆變器數字控制裝置，利用這種控制裝置製造的UPS、變頻器及其它工業電源具有輸出電壓波形好、成本低、性能可靠的優點。
本發明的目的是這樣實現的，構造一種基於模糊補償的逆變器數字控制方法，包括以下步驟計算輸出電壓誤差，對輸出電壓誤差進行線性PID調節的同時，還對所述輸出電壓誤差進行快速模糊控制，所述快速模糊控制的輸出作為補償量對所述線性PID調節的輸出進行實時校正。
按照本發明提供的基於模糊補償的逆變器數字控制方法，其特徵在於，所述計算輸出電壓誤差包括以下步驟將逆變器的參考正弦波與其交流輸出電壓進行相減。
按照本發明提供的基於模糊補償的逆變器數字控制方法，其特徵在於，所述快速模糊控制的輸出作為補償量對所述線性PID調節的輸出進行實時校正包括以下步驟計算所述輸出電壓誤差的變化率，根據所述輸出電壓誤差和所述輸出電壓誤差變化率獲取模糊補償信號，將所述模糊補償信號疊加到所述線性PID調節的輸出信號上，最後將疊加形成的信號作用於逆變器的輸入端(即逆變器的調製環節)。
按照本發明提供的基於模糊補償的逆變器數字控制方法，其特徵在於，所述根據輸出電壓誤差和所述輸出電壓誤差變化率獲取模糊補償信號是通過查找一個二元查找表獲得一個補償數據量，其中的一元代表輸出電壓誤差的數值範圍(即區間)，另一元代表輸出電壓誤差變化率的數值範圍。
本發明的另一個目的是這樣實現的，構造一種基於模糊補償的逆變器數字控制裝置，其特徵在於包括減法器，用於產生逆變器輸出電壓與輸入參考正弦波電壓VR之差的輸出電壓誤差E；線性比例-積分-微分(PID)控制器，用於對所述減法器的輸出進行線性PID調節；
微分器，用於對所述的輸出電壓誤差E進行微分，輸出所述輸出電壓的變化率EC；二維模糊控制單元，用於根據輸出電壓誤差E及輸出電壓誤差變化率EC，產生模糊補償量；加法器，用於將所述二維模糊控制單元產生的模糊控制補償量與所述線性PID控制器的輸出進行疊加合成，並將疊加合成後的信號作用於逆變器輸入端。
按照本發明提供的基於模糊補償的逆變器數字控制裝置，其特徵在於所述二維模糊控制單元是一個二元查找表，其中的一元代表輸出電壓誤差的數值範圍，另一元代表輸出電壓誤差變化率的數值範圍，所述二元查找表的輸出是一個補償數據量。
按照本發明提供的基於模糊補償的逆變器數字控制裝置，其特徵在於所述減法器、線性比例-積分-微分(PID)控制器、微分器、二維模糊控制單元、加法器的實現可包含在一個微處理器或數位訊號處理器中。
實施本發明提供的基於模糊補償的逆變器數字控制方法及裝置，所採用的線性PID控制器，保證了逆變器的靜、動態穩定性；而模糊控制器具有較強的實時補償能力。因此，即使在帶功率因數較低(小於0.7)、電流峰制值比較高(大於3∶1)的額定整流性負載(如計算機用開關電源)時亦可獲得較好的輸出電壓波形(THD＜5％)。本發明中，獲取模糊補償量的過程可通過直接查找二維模糊表的方法實現(即可通過擴大模糊表的規模來省去常規模糊控制器中的模糊化和非模糊化過程)。這樣，與現有的數字控制的逆變器相比，控制器可以採用價格低廉的CPU(如單片機、16位DSP等)實現，可有效地降低逆變器的硬體成本，提高逆變器的綜合性能。
結合附圖和實施例，進一步說明本發明的特點，附圖中
圖1是傳統逆變器瞬時值調節SPWM控制方法的原理示意圖；圖2是傳統模糊控制器的原理框圖；圖3是本發明基於模糊補償的逆變器數字控制裝置的原理框圖。
圖4是實施本發明基於模糊補償的逆變器數字控制方法的一個實施例的流程圖。
如圖1所示，傳統的瞬時值調節SPWM數字控制方法包括以下環節1)計算輸出電壓誤差e將反饋到調節器輸入端的輸出信號Vo的瞬時採樣值從參考正弦波Vr的瞬時採樣值中減去獲得到輸出電壓誤差e；2)PID調節針對輸出電壓誤差e進行PID調節，得到控制量Vi；3)對逆變器進行實時控制將控制量Vi直接作用於逆變器的輸入端(即逆變器的SPWM調製環節)，逆變器的輸出為其輸出電壓Vo。
圖2示出傳統模糊控制器的原理框圖，從中可見，先要在框201中對誤差E及誤差變化率EC進行模糊化處理，形成兩個模糊輸入量，在框202中，根據由框203提供的模糊控制規則，對模糊輸入量進行模糊決策，最後在框204中，將模糊決策輸出量進行反模糊化處理，獲得精確化的控制量。
圖3示出本發明的基於模糊補償的逆變器數字控制裝置的邏輯框圖。如圖所示，本發明的逆變器數字控制器包括線性比例-積分-微分(PID)控制器301、二維模糊控制單元302、加法器303、減法器304、微分器305以及被控對象即直流/交流變換器306。其控制原理是這樣的在逆變器的輸入端輸入的參考正弦波Vr，從逆變器306輸出端反饋回輸入端的輸出交流電壓Vo經減法器304獲得系統的輸出電壓誤差E。輸出電壓誤差E輸入到線性比例-積分-微分(PID)控制器301，經比例-積分-微分調節後，線性比例-積分-微分(PID)控制器301輸出為調整量U1。同時，輸出電壓誤差E經微分器305微分後得到系統誤差變化率EC。將系統誤差E和系統誤差變化率EC作為輸入參數輸入到二維模糊控制單元302，即根據系統誤差E和系統誤差變化率EC這兩個參數查找模糊表，可以直接查出補償量U2。調整量U1和補償量U2經加法器303疊加後，即可以得到用於控制普通直流/交流轉換電路的控制量Vc。控制量Vc作用於直流/交流轉換單元306(即逆變器)後，逆變器輸出的就是一個綜合性能較為理想的正弦波電壓Vo。
作為實現本發明提供的逆變器數字控制方法的一個實施例，如圖4所示，在框401開始後執行的具體步驟如下1、計算系統誤差E(框402)和系統誤差變化率EC(框404)將直流/交流逆變器輸出的正弦波從參考正弦波Vr減除，獲得系統誤差E(框402)，再對系統誤差E進行微分，得出系統誤差變化率EC(框404)；2、針對系統誤差E進行比例-積分-微分(PID)處理，得到調整量U1(框403)；3、採用查找模糊表的方法，根據系統誤差E和系統誤差變化率EC這兩個參數實時獲取模糊補償量U2(框405)；
4、計算總控制量再將調整量U1和補償量U2疊加，得到控制量Vc(框406)；5、將控制量Vc作用於直流/交流逆變器，即可獲得較好的輸出電壓波形和穩定性(框407)。
權利要求
1.一種基於模糊補償的逆變器數字控制方法，其特徵在於，包括以下步驟計算輸出電壓誤差，對輸出電壓誤差進行線性PID調節的同時，還對所述輸出電壓誤差進行快速模糊控制，所述快速模糊控制的輸出作為補償量對所述線性PID調節的輸出進行實時校正。
2.根據權利要求1所述控制方法，其特徵在於，所述計算輸出電壓誤差包括以下步驟將逆變器交流輸出電壓從參考正弦波中減除，獲得輸出電壓誤差。
3.根據權利要求1所述控制方法，其特徵在於，所述快速模糊控制的輸出作為補償量對所述線性PID調節的輸出進行實時校正包括以下步驟計算所述輸出電壓誤差的變化率，根據所述輸出電壓誤差和所述輸出電壓誤差變化率獲取模糊補償信號，將所述模糊補償信號疊加到所述線性PID調節的輸出信號上，最後將疊加形成的信號作用到逆變器輸入端。
4.根據權利要求3所述控制方法，其特徵在於，所述根據所述輸出電壓誤差和所述輸出電壓誤差變化率獲取模糊補償信號是查找一個二元查找表得到一個補償數據量，其中的一元代表輸出電壓誤差的數值範圍，另一元代表輸出電壓誤差變化率的數值範圍。
5.一種基於模糊補償的逆變器數字控制裝置，其特徵在於包括減法器，用於產生逆變器的參考正弦波電壓Vr與實際輸出電壓Vo之差，即輸出電壓誤差E；線性比例-積分-微分(PID)控制器，用於對所述減法器的輸出，即輸出電壓誤差E，進行線性PID調節；微分器，用於對輸入的輸出電壓誤差E進行微分，輸出所述輸出電壓的變化率EC；二維模糊控制單元，用於根據輸出電壓誤差E及輸出電壓誤差變化率EC，產生模糊補償量；加法器，用於將所述二維模糊控制單元產生的模糊補償量與所述線性PID控制器輸出的調整量進行疊加，並將疊加合成後的信號作用到逆變器輸入端。
6.根據權利要求5所述控制裝置，其特徵在於所述二維模糊控制單元是一個二元查找表，其中的一元代表輸出電壓誤差的數值範圍，另一元代表輸出電壓誤差變化率的數值範圍，所述二元查找表的輸出是一個補償數據量。
7.根據權利要求5所述控制裝置，其特徵在於所述減法器、線性比例-積分-微分(PID)控制器、微分器、二維模糊控制單元、加法器可包含在一個微處理器中。
8.根據權利要求5所述控制裝置，其特徵在於所述二維模糊控制單元包括一個模糊化處理單元、存儲模糊控制規則的模糊控制規則單元以及根據模糊化處理單元輸出的模糊量和模糊控制規則單元確定模糊輸出的模糊決策單元，還包括將所述模糊決策單元輸出的模糊量進行反模糊處理的反模糊化處理單元。
9.根據權利要求8所述控制裝置，其特徵在於所述減法器、線性比例-積分-微分(PID)控制器、微分器、二維模糊控制單元、加法器的實現可包含在一個微處理器中。
全文摘要
一種基於模糊補償的逆變器數字控制方法和裝置,對輸出電壓誤差進行線性PID調節,還對輸出電壓誤差進行快速模糊控制,並將其輸出作為補償量對線性PID調節器輸出進行實時校正。通過模糊控制器的實時校正能顯著改善逆變器的輸出電壓波形,並且不影響系統穩定性。其中,模糊補償量的獲取可以通過查找擴大化的二維模糊表的方法實現,省去了常規的模糊化和反模糊化過程,降低了對微處理器速度的要求,在提高控制精度同時不會增加硬體成本,從而提高了產品的綜合性能。
文檔編號H02M7/00GK1274985SQ0011714
公開日2000年11月29日 申請日期2000年6月6日 優先權日2000年6月6日
發明者孫文煥, 周黨生 申請人:深圳市華為電氣技術有限公司