胡 永

摘要:文章以電壓型逆變電路作為被控對象,采用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)對其進行控制,以輸出得到理想的正弦交流電壓波形。用MATLAB進行仿真實驗,結(jié)果證明了這種智能控制系統(tǒng)性能良好,是一個能達到滿意控制效果的設計。

關(guān)鍵詞:逆變器;模糊控制;MATLAB仿真

中圖分類號:TP273文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2009)20-0030-02

模糊控制系統(tǒng)是以模糊集合論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎的一種計算機數(shù)字控制技術(shù)。模糊控制中的知識表示、模糊規(guī)則和合成推理是基于專家知識或操作者的成熟經(jīng)驗,是一種不需要被控對象的精確數(shù)學模型的具有較強魯棒性和自適應性的智能控制技術(shù),從而受到越來越多研究者的重視。將模糊控制技術(shù)應用于逆變器的控制器設計是提高系統(tǒng)性能的有效途徑之一。

一、控制器的設計

隨著閉環(huán)調(diào)節(jié)在逆變器中越來越廣泛的應用,對其輸出電壓波形的要求也越來越高。高質(zhì)量的輸出波形有兩方面的要求:穩(wěn)態(tài)精度高和動態(tài)響應快。以經(jīng)典控制理論為基礎的控制方式很難獲得系統(tǒng)的穩(wěn)定邊界,所以在外界擾動時很難得到理想的動態(tài)響應。為了解決上述問題,很多智能控制被應用到逆變器控制中。本系統(tǒng)主要采用的就是PI控制與模糊控制相結(jié)合的雙閉環(huán)控制,其控制框圖如圖1所示:

(一)PI控制

目前,PI控制及其控制器或智能PI控制器(儀表)已經(jīng)很多,產(chǎn)品已在工程實際中得到了廣泛的應用。閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)被控對象的輸出(被控制量)會反送回來影響控制器的輸出,形成一個或多個閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負反饋,若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反,則稱為負反饋,若極性相同,則稱為正反饋。一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負反饋,又稱負反饋控制系統(tǒng)。

(二)模糊控制

模糊控制是建立在人工經(jīng)驗基礎之上的。對于一個熟練的操作人員,他往往憑借豐富的實踐經(jīng)驗,采取適當?shù)膶Σ邅砬擅畹乜刂埔粋€復雜過程。若能將這些熟練操作員的實踐經(jīng)驗加以總結(jié)和描述,并用語言表達出來,就會得到一種定性的﹑不精確的控制規(guī)則。如果用模糊數(shù)學將其定量化,就轉(zhuǎn)化為模糊控制算法,從而形成模糊控制理論。

(三)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設計

雙閉環(huán)控制同時具備優(yōu)異的動、靜態(tài)特性,是一種高性能的逆變器控制方案。其主要不足是:電流內(nèi)環(huán)為抵御非線性負載擾動,必須具備足夠的帶寬,這就對數(shù)字控制器的控制速度提出了更高的要求,實際系統(tǒng)中DSP的處理速度往往被用到極限。不過,隨著控制芯片性能的提高和價格的下降,雙閉環(huán)控制在實際產(chǎn)品中的大量應用是有可能的。雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設計,分為兩個步驟:(1)電流內(nèi)環(huán)的設計,根據(jù)工程設計方法對電流內(nèi)環(huán)進行設計;(2)電壓外環(huán)的設計,借助于MATLAB/SIMULINK的模糊工具箱設計模糊邏輯控制器。

二、系統(tǒng)流程圖

本文采用的是MATLAB仿真,考慮到不通過軟件仿真,用實際實驗的實現(xiàn)問題。我們就需要借助DSP編寫程序,然后燒錄到片子里,進行運行和調(diào)試。

(一)主電路程序流程圖

主電路主要完成系統(tǒng)及變量的初始化﹑等待中斷等任務。其設計流程圖如圖2所示。

(二)中斷程序流程圖

本程序采用一個周期寄存器中斷,模糊和PI控制算法都通過該中斷執(zhí)行。中斷程序流程圖如圖3所示。

三、系統(tǒng)仿真

本文采用MATLAB 7.4對控制系統(tǒng)進行了仿真研究。參數(shù)如下:

給定輸入為220V,50Hz正弦電壓,阻性負載下系統(tǒng)輸出電壓及電流波形如圖4和圖5所示:

綜上所述,從圖形分析可知:對于阻感負載系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)精度和良好的抗干擾性。

四、結(jié)論

本文采用模糊控制器和PI控制器構(gòu)成雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)對逆變器進行控制,具有良好的穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)性能。通過設計過程中的全部工作可以得出以下結(jié)論:

1.將模糊控制應用于逆變器系統(tǒng),很好地實現(xiàn)了對系統(tǒng)電壓外環(huán)的控制,提高了系統(tǒng)的響應速度,使系統(tǒng)在非理想負載時仍能實現(xiàn)良好的控制。

2.通過MATLAB仿真證實了控制方案在實現(xiàn)標準正弦波輸出這一目標的可行性及良好的控制效果。

參考文獻

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作者簡介:胡永(1973-),男,重慶市電力公司產(chǎn)業(yè)發(fā)展部工程師,研究方向:電力產(chǎn)業(yè)及規(guī)劃。