1.引言

　　UPS通常用在對電源質量要求很高的場合，如金融部門、醫(yī)療中心、通信系統(tǒng)、軍用設備等。一般要求UPS的輸出波形質量好，動態(tài)響應快，抗擾能力強。近年來，中外學者發(fā)展出了多種逆變電源波形控制技術：PID控制，無差拍控制，滑模變結構控制，重復控制，模糊控制等。各種控制方法均具有各自的特點，表現(xiàn)出優(yōu)良的特性和不足。本文針對UPS逆變電源波形不能兼顧穩(wěn)態(tài)效果和動態(tài)效果的問題，建立了單相逆變器的數(shù)學模型，提出了基于重復控制和模糊PI控制相結合的新型控制策略。利用重復控制消除逆變器周期性干擾，提高其穩(wěn)態(tài)精度，利用模糊PI控制改善逆變器對非周期擾動的瞬態(tài)響應速度。實驗結果表明，基于該控制器控制的UPS輸出波形質量好，穩(wěn)態(tài)精度高，動態(tài)響應快。

　　2.單相全橋PWM逆變器的結構

　　單相全橋逆變器主電路結構如圖1所示。

　　圖中，T1~T4為IGBT開關器件，E為直流輸入電壓，濾波電感L和濾波電容C構成低通濾波器，電阻r與濾波電感L相串聯(lián)，它為死區(qū)效應和各環(huán)節(jié)的損耗提供了一個小的阻尼。

　　選取電容C與電感L作為狀態(tài)變量，根據(jù)基爾霍夫電壓定理KVL和電流定理KCL,我們可以得到逆變器的數(shù)學模型如下：

　　得出單相逆變器的連續(xù)時間狀態(tài)方程：

　　由此狀態(tài)方程我們可以得到逆變器通用連續(xù)狀態(tài)空間模型為：

　　3.模糊PI控制器

　　模糊PI控制器主要由參數(shù)模糊化、模糊推理、解模糊和PI控制器組成，圖2示出其原理框圖。本文采用二維結構模糊控制器，以采樣信號與參考信號的誤差e和誤差的變化率ec為輸入量，以控制量的變化為輸出量，這樣的模糊PI控制結構簡單，動態(tài)控制性能良好。接下來將輸入量進行模糊化處理得到誤差E和誤差的微分量EC,控制器的輸出量為p Δk , i Δk .先找出p Δk , i Δk 與E和EC之間的模糊關系，再根據(jù)模糊控制規(guī)則進行模糊推理，對參數(shù)進行在線修正，將算出的參數(shù)代入下式計算：

　　式中0p k , 0i k 為PI參數(shù)的初始設定值，由控制系統(tǒng)的特性決定。

　　建立模糊規(guī)則的原則是使系統(tǒng)輸出響應的動靜態(tài)特性達到最佳：當誤差大或較大時，選擇控制量以盡快消除誤差為主；當誤差較小時，選擇控制變量要以系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主，防止系統(tǒng)超調。因此通過仿真和實驗設計可得到針對p Δk , i Δk 的模糊規(guī)則表。

　　4.重復控制器設計

　　重復控制是基于內模原理的一種控制方法，包括重復信號發(fā)生器模塊和補償器模塊。

　　它將重復信號發(fā)生器作為周期性擾動信號植入控制系統(tǒng)中，能有效實現(xiàn)系統(tǒng)的無靜差跟蹤控制。本設計采用改進型重復控制器，即在重復信號發(fā)生器內模中附加一濾波器，如圖3所示。

　　圖3中，r為逆變器給定信號，y為逆變器輸出電壓，e為誤差信號，d為死區(qū)、負載等其它周期性擾動等效信號，z?N為周期延遲環(huán)節(jié)，N為一個工頻周期的采樣次數(shù)，Q（z）通過正反饋環(huán)節(jié)將誤差信號進行周期性累加，它可以是一個略小于l的參數(shù)或低通濾波器，工程上常取Q（z）=0.9.z?N和Q（z）構成了重復信號發(fā)生器。C（z）為重復控制環(huán)路補償器。

　　補償器C（z）根據(jù)控制對象P（z）的特性設置，在檢測到上一周期的誤差信息后，補償器C（z）負責在下一周期給出幅值相位準確的控制量。通?？梢圆捎靡韵滦问綄崿F(xiàn)：

　　其中： r K 為可調增益。r K 越小，穩(wěn)定裕度越大；反之， r K 越大，誤差收斂速度越快，穩(wěn)態(tài)誤差越小，本文r K 取為0.86.zk為超前環(huán)節(jié)，是補償器C（z）進行相位補償所必需的，本文k取6. （ ） 1 C z 常取為一個截止頻率與P（z）近似的二階低通濾波器以實現(xiàn)高頻衰減，提高穩(wěn)定性和抗高頻干擾能力。與模糊PI自整定控制構成復合控制器如圖4所示。

　　5.仿真實驗分析

　　本文研究一個11KV的UPS電源，基本技術參數(shù)如下：直流母線電壓E=380V;額定輸出電壓UO=220V;額定輸出電壓頻率：f=50Hz;額定輸出功率：P=11KVA;輸出濾波電感：

　　L=0.43mH;輸出濾波電容：C=140uF;等效阻尼電阻：r=0.1Ω，PWM開關頻率fSW=10KHz.

　　基于MATALAB仿真軟件進行仿真試驗。

　　由圖5可知，穩(wěn)態(tài)時，穩(wěn)態(tài)精度為0.14%,T H D = 0 . 1 1 %;半載突加滿載時電壓跌落為19.8V,電壓變化率為6.4%.

　　6.結論

　　本文針對UPS逆變電源，提出一種將重復控制與模糊PI控制相結合的控制策略，并通過仿真實驗驗證了該方法的可行性，結果表明所采用的控制方案使UPS的輸出電壓穩(wěn)態(tài)精度高，穩(wěn)態(tài)誤差小，動態(tài)響應快。諧波畸變較小，獲得了預期效果。