采用雙閉環(huán)PI和重復(fù)控制方案實(shí)現(xiàn)三相逆變器設(shè)計(jì)并進(jìn)行仿真分析三相逆變器作為現(xiàn)在一種常用的電力電子設(shè)備，對(duì)輸出電壓控制系統(tǒng)需同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目標(biāo)：高動(dòng)態(tài)響應(yīng)和高穩(wěn)態(tài)波形精度。諸如PID、雙閉環(huán)PID、狀態(tài)反饋等控制方案，雖然能實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)特性，但是不能滿足高質(zhì)量的穩(wěn)態(tài)波形。本文利采用雙閉環(huán)PI和重復(fù)控制相結(jié)合的控制方案，首先用雙閉環(huán)PI控制算法，得到高動(dòng)態(tài)特性的三相交流電，不過不能滿足高質(zhì)量的穩(wěn)態(tài)波形，因?yàn)橛秒妷嘿|(zhì)量要求比較高的非線性負(fù)載———鎮(zhèn)流器是電感式的鈉燈作為三相逆變器的負(fù)載時(shí)，鈉燈不能穩(wěn)定的工作（會(huì)高頻率地閃爍），針對(duì)這一問題，在雙閉環(huán)PI的基礎(chǔ)上加重復(fù)控制補(bǔ)償，建立MATLAB仿真，并在雙DSP+FPGA硬件架構(gòu)中高效精確的實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加上重復(fù)控制補(bǔ)償后，鈉燈能夠穩(wěn)定的工作，三相逆變器的穩(wěn)態(tài)性能得到了很大的改善。1、三相逆變器數(shù)學(xué)模型的建立三相LC逆變器的主電路拓?fù)淙鐖D1，組成部分主要有三相逆變橋、三相濾波電感L、三相濾波電容C。圖1LC三相逆變器的主電路拓?fù)涠x三相逆變器負(fù)載側(cè)輸出電壓為uoA、uoB、uoC，輸出電流為ioA、ioB、ioC，三相逆變器電感L側(cè)輸入電壓為uA、uB、uC，輸出電壓為uoA、uoB、uoC，流過電感的電流為iaL、ibL、icL。以電感電流和輸出電壓為狀態(tài)變量，建立在三相靜止坐標(biāo)系中的狀態(tài)空間表達(dá)式如下。狀態(tài)方程為：輸出方程為：dk-調(diào)節(jié)器輸出的調(diào)制信號(hào)。以上為三相逆變器的靜止坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型，下面討論其解耦模型。引入如下三相靜止坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系的變換關(guān)系式：將式（3）代入式（1），即可得到在兩相靜止坐標(biāo)系下控制對(duì)象的傳遞函數(shù)表達(dá)式如下：從上面的控制對(duì)象的傳遞函數(shù)表達(dá)式可知，α軸和β軸已經(jīng)完全解耦，各自等效為單相半橋逆變器。從上面的分析可以看到：①在兩相靜止坐標(biāo)系下，三相逆變器是完全解耦的，可等效為兩個(gè)單相半橋逆變器。②三相解耦后的模型與單相逆變器模型相同，所以三相逆變器的控制的分析與設(shè)計(jì)方法可以借鑒單相逆變器。2雙閉環(huán)PI控制器的設(shè)計(jì)2.1電流環(huán)控制器的設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)的控制對(duì)象是濾波電感，特點(diǎn)是頻帶寬、響應(yīng)速度快，比例調(diào)節(jié)P即可以滿足要求。另外，為了抵消結(jié)構(gòu)電壓負(fù)反饋的影加上輸出電壓正反饋：（1）電流環(huán)比例調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)步驟1）看開環(huán)傳遞函數(shù)的波特圖是否滿足要求;2）看閉環(huán)傳遞函數(shù)的波特圖是否滿足要求。（2）設(shè)計(jì)電流環(huán)截止頻率時(shí)，有2條執(zhí)行準(zhǔn)則1）從控制系統(tǒng)內(nèi)外環(huán)分工考量，為了加快動(dòng)態(tài)響應(yīng)，電流環(huán)閉環(huán)截止頻率要比外環(huán)的截止頻率高且盡可能的高，并采用沒有延時(shí)的比例調(diào)節(jié);2）從控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)考量，電流內(nèi)環(huán)閉環(huán)截止頻率要比電力電子器件的開關(guān)頻率低。三相逆變器的電感L=0.19mH，代入（8）式得到開環(huán)的幅頻特性函數(shù)：2.2電壓環(huán)控制器的設(shè)計(jì)三相逆變器的外環(huán)電路采用電壓負(fù)反饋，為了抵消結(jié)構(gòu)電流負(fù)反饋的影響，加上輸出電流負(fù)反饋?？傻茫?基于重復(fù)控制補(bǔ)償?shù)母呔萈ID控制3.1重復(fù)控制原理重復(fù)控制是日本的lnoue于1981年首先提出來的，其原理來源于內(nèi)模原理，加到被控對(duì)象的輸入信號(hào)除偏差信號(hào)外，還疊加了一個(gè)“過去的控制偏差”，該偏差時(shí)上一周期該時(shí)刻的控制偏差。把上一次運(yùn)行時(shí)的偏差反映到現(xiàn)在，和“現(xiàn)在的偏差”一起加到被控對(duì)象進(jìn)行控制，這種控制方式，偏差重復(fù)被使用，稱為重復(fù)控制。經(jīng)過幾個(gè)周期的重復(fù)控制之后可以大大提高系統(tǒng)的跟蹤精度，改善系統(tǒng)品質(zhì)。重復(fù)控制中，一般期望重復(fù)控制作用在高頻段的增益減小。為此，在重復(fù)控制中經(jīng)常加入低通濾波器Q（s）。本控制方法取：3.3重復(fù)控制補(bǔ)償?shù)腜ID控制仿真及其結(jié)果分析重復(fù)控制+雙閉環(huán)PI在Simulink仿真中重復(fù)控制用的是TransportDelay模塊，比例系數(shù)K取10，低通濾波器截至頻率取1500Hz即如圖6，加上重復(fù)控制后從第3個(gè)周期開始輸出信號(hào)yout跟能精確地跟蹤輸入信號(hào)rin，如圖7，位置跟蹤誤差越來越小，在第4個(gè)周期誤差不再減小。4雙DSP+FPGA三相逆變器的硬件設(shè)計(jì)雙DSP+FPGA控制系統(tǒng)功能如圖8。圖8為三相光伏逆變器的控制結(jié)構(gòu)框圖，逆變器的主控電路采用“雙DSP+FPGA”結(jié)構(gòu)，DSP即數(shù)字信號(hào)處理器，采用Tl公司的TMS320F2812芯片。FPGA即現(xiàn)場可編程邏輯門陣列，采用XlLlNX公司的芯片。本設(shè)計(jì)采用的DSP芯片是一款定點(diǎn)型DSP，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，主頻最高達(dá)150MHz，廣泛應(yīng)用于控制領(lǐng)域。FPGA具有強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算能力，能并行快速進(jìn)行多組邏輯判斷，根據(jù)DSP和FPGA的功能特點(diǎn)，作以下功能分配，兩片DSP芯片分別為DSPA、DSPB。FPGA主要有四方面功能：一是控制AD轉(zhuǎn)換芯片，對(duì)外部CT/PT及調(diào)理電路后的電壓電流信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并讀取結(jié)果，同時(shí)把結(jié)果傳送給DSPA和DSPB;二是作為DSPA和DSPB之間的數(shù)據(jù)交換通道;三是PWM信號(hào)輸出;四是進(jìn)行故障檢測及IO輸出。DSPA主要負(fù)責(zé)與人機(jī)界面通訊及數(shù)據(jù)管理。DSPA讀取FPGA中的電壓電流數(shù)據(jù)和故障狀態(tài)等信息在人機(jī)界面中顯示，以及傳送人機(jī)界面中的命令。DSPB主要負(fù)責(zé)重復(fù)補(bǔ)償控制+雙閉環(huán)控制算法的實(shí)現(xiàn)，控制輸出電壓電流的穩(wěn)定。5實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析THD是檢驗(yàn)?zāi)孀兤餍阅艿囊粋€(gè)重要指標(biāo)，本文用THD和帶電感式鎮(zhèn)流器的鈉燈能否正常工作來驗(yàn)證三相逆變器的性能。5.1THD實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9為雙閉環(huán)PI控制算法帶鈉燈的電壓電流波形，圖10為雙閉環(huán)PI控制算法的電壓THD。用雙閉環(huán)PI控制帶鈉燈，電壓的THD比較大，為3.57%，而且負(fù)載電流畸變比較嚴(yán)重。如圖11為在雙閉環(huán)PI基礎(chǔ)上加上重復(fù)控制帶鈉燈的電壓電流波形，如圖12為在雙閉環(huán)PI基礎(chǔ)上加上重復(fù)控制的電壓THD。由圖11、圖12可得結(jié)論：利用雙閉環(huán)P