基于重復控制的雙DSP+FPGA三相逆變器

基于雙DSP+FPGA的三相逆變器的設計與實(shí)現

三相逆變器作為現在一種常用的電力電子設備，對輸出電壓控制系統需同時(shí)實(shí)現兩個(gè)目標:高動(dòng)態(tài)響應和高穩態(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)現高動(dòng)態(tài)特性，但是不能滿(mǎn)足高質(zhì)量的穩態(tài)波形。

本文利采用雙閉環(huán)PI和重復控制相結合的控制方案，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(guò)不能滿(mǎn)足高質(zhì)量的穩態(tài)波形，因為用電壓質(zhì)量要求比較高的非線(xiàn)性負載———鎮流器是電感式的鈉燈作為三相逆變器的負載時(shí)，鈉燈不能穩定的工作(會(huì )高頻率地閃爍)，針對這一問(wèn)題，在雙閉環(huán)PI的基礎上加重復控制補償，建立MATLAB 仿真，并在雙DSP+FPGA 硬件架構中高效精確的實(shí)現。實(shí)驗結果表明，加上重復控制補償后，鈉燈能夠穩定的工作，三相逆變器的穩態(tài)性能得到了很大的改善。

1 三相逆變器數學(xué)模型的建立

三相LC逆變器的主電路拓撲如圖1，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1 LC 三相逆變器的主電路拓撲

定義三相逆變器負載側輸出電壓為uoA、uoB、uoC，輸出電流為ioA、ioB、ioC，三相逆變器電感L 側輸入電壓為uA、uB、uC，輸出電壓為uoA、uoB、uoC，流過(guò)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系中的狀態(tài)空間表達式如下。

狀態(tài)方程為:

輸出方程為:

dk-調節器輸出的調制信號。

以上為三相逆變器的靜止坐標系中的數學(xué)模型，下面討論其解耦模型。

引入如下三相靜止坐標系到兩相靜止坐標系的變換關(guān)系式:

將式(3)代入式(1)，即可得到在兩相靜止坐標系下控制對象的傳遞函數表達式如下:

從上面的控制對象的傳遞函數表達式可知，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計方法可以借鑒單相逆變器。