王林兵，何湘寧
(浙江大學(xué)，浙江 杭州 310027）
摘要：對逆變器控制中的各種方法進行了對比分析，簡要敘述了各種控制方法的控制原理和優(yōu)缺點。最后指出了逆變器控制的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：不間斷電源；逆變器并聯(lián)；數(shù)字控制
　
0 引言
UPS被廣泛地應(yīng)用在保護敏感負載，如PC機，服務(wù)器，醫(yī)療設(shè)備，通訊系統(tǒng)的電源故障或者電源的干擾，為這些重要負載提供了高質(zhì)量高可靠性的純凈電源。
逆變器是UPS的核心，它把直流電轉(zhuǎn)換成用戶所需的穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流電。對于UPS來說，逆變器輸出電壓的質(zhì)量決定了其整體性能。下面對近年來的各種控制方法做一個比較分析。
1 目前流行的控制方法評析
半個多世紀以來，在很多工業(yè)生產(chǎn)過程控制中，應(yīng)用模擬PID控制器獲得了良好的效果。近年來，隨著數(shù)字控制器的不斷發(fā)展，數(shù)字控制器亦得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)字PID控制算法由比例、積分、微分三種算法組成，它克服了模擬PID控制器的許多不足和缺點，可以方便地調(diào)整PID參數(shù)，具有很大的靈活性和很強的適用性。與其它控制方法相比，數(shù)字PID控制具有以下優(yōu)點：
1）PID算法蘊含了動態(tài)控制過程中過去、現(xiàn)在和將來的主要信息，控制過程快速、準確、平穩(wěn)，具有良好的控制效果；
2）PID算法在設(shè)計過程中不過分依賴系統(tǒng)參數(shù)，系統(tǒng)參數(shù)的變化對控制效果的影響很小，控制的適應(yīng)性好，具有較強的魯棒性；
3）PID算法簡單明了，便于用單片機或DSP實現(xiàn)。
但是，UPS逆變器采用數(shù)字PID控制算法也有兩方面的局限性。一是系統(tǒng)的采樣量化誤差降低了算法的控制精度；二是采樣和計算延時使得被控系統(tǒng)成為一個具有純時間滯后的系統(tǒng)，造成了PID控制器穩(wěn)定域減少，增加了設(shè)計難度。
1.1 預(yù)測控制
預(yù)測控制可以實現(xiàn)很小的電流畸變，抗噪音能力強，但是，這種算法要求知道精確的負載模型和電路參數(shù)，而且有數(shù)值計算造成的延時在實際應(yīng)用中也是一個問題[1]。
1.2 滯環(huán)控制
滯環(huán)控制具有快速的響應(yīng)速度，較高的穩(wěn)定性，但是，滯環(huán)控制的開關(guān)頻率不固定，使電路工作可靠性下降，輸出電壓的頻譜變差，對系統(tǒng)性能不利。
1.3 無差拍控制
無差拍控制最先是由卡爾曼提出的，它是一種基于被控制對象精確數(shù)學(xué)模型的控制方法。無差拍控制的基本思想是根據(jù)逆變器的狀態(tài)方程和輸出反饋信號（通常是輸出濾波電容的電壓和電流）推算出下一個開關(guān)周期的PWM脈沖寬度。PWM脈沖寬度是根據(jù)當前時刻狀態(tài)向量和下一采樣時刻的參考正弦值計算出來的，因此，從理論上可以使輸出電壓在相位和幅值上都非常接近參考電壓，由負載變化或非線性負載引起的輸出電壓誤差可在一個開關(guān)周期內(nèi)得到校正。無差拍控制要求控制脈寬必須當拍計算當拍輸出，否則不僅會破壞了控制特性，甚至還會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于采樣和計算延時，要做到當拍計算當拍輸出必然使輸出脈沖的占空比受到限制，這就降低了輸入直流電壓的利用率。無差拍控制的控制參數(shù)是和輸出濾波器參數(shù)、直流母線電壓以及負載息息相關(guān)的，只要它們當中的一個發(fā)生變化，控制參數(shù)就得作相應(yīng)的調(diào)整，否則就會導(dǎo)致控制失效，所以，無差拍控制系統(tǒng)的魯棒性很差。
1.4 滑�？刂�
滑�？刂剖且环N非線性控制，這種控制的特點是控制的非連續(xù)性，它使系統(tǒng)在一定條件下沿著規(guī)定的軌跡做高頻率、小振幅的上下運動[2]。這種控制既可以用于線性系統(tǒng)也可用于非線性系統(tǒng)。對于連續(xù)系統(tǒng)，由于控制的不連續(xù)使其變?yōu)榉蔷�性系統(tǒng)，對于非連續(xù)系統(tǒng)，不僅有非連續(xù)特性還包含有非線性系統(tǒng)的動力學(xué)特性。這種控制方法具有很強的魯棒性。U是切換函數(shù)
u=
式中：s=c1x＋c2x＋…＋cnx；
x是系統(tǒng)的狀態(tài)信息；
u（x）是所采取的控制策略。
這種控制的目的是通過求取切換函數(shù)中的各常數(shù)值，使得所采取的控制策略滿足滑模運動所要求的穩(wěn)定性和動態(tài)特性。這種控制的缺點是要得到一個令人滿意的滑模面是很困難的。
1.5 重復(fù)控制
重復(fù)控制是一種基于內(nèi)模原理的控制方法，內(nèi)模原理是把作用于系統(tǒng)的外部信號的動力學(xué)模型植入控制器以構(gòu)成高精度反饋控制系統(tǒng)的一種設(shè)計原理[3]。逆變器采用重復(fù)控制的目的是為了消除因整流橋負載引起的輸出電壓波形周期性的畸變。其控制思想是假定前一周期出現(xiàn)的輸出電壓波形畸變將在下一周期的同一時刻再次出現(xiàn)，控制器根據(jù)參考信號和輸出電壓反饋信號的誤差來確定所需的校正信號，然后，在下一個基波周期將此校正信號疊加在原控制信號上，這樣就可以消除輸出電壓的周期性畸變。重復(fù)控制器可以消除周期性干擾產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差，但是，由于重復(fù)控制延時一個工頻周期的控制特點，使得單獨使用重復(fù)控制的UPS逆變器動態(tài)特性極差，無法滿足UPS逆變器的指標要求。
1.6 模糊控制
模糊控制屬于智能控制的范疇。系統(tǒng)的復(fù)雜性和模型的精確性總是存在著矛盾，許多控制方法都要求有被控對象的精確模型，而模糊控制器的設(shè)計不需要被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，因此，具有很強的魯棒性和自適應(yīng)性。模糊