中心議題：

• 逆變電源數字控製技術導的發展及現狀
• 逆變電源數字化控製技術

解決方案：

• 逆變電源數字PI控製
• 逆變電源滑模變控製
• 逆變電源無差拍控製
• 逆變電源重複控製

逆變電源運用先進的功率電子器件和高頻逆變技術
，使傳統的工頻整流電源的材料約減少80%～90%,節能20%～30%，動態反映速度提高2～3個數量級的同時，朝高頻化、輕量化、模塊化


、智能化和大容量化方向發展，為此
，詳細分析逆變電源數字控製技術的現狀及其發展趨勢，介紹逆變電源數字化控製的幾種控製策略。

1逆變電源數字控製技術的發展

1.1高性能逆變電源與數字控製技術　　
隨著網絡技術的發展
，對逆變電源的網絡功能提出了更高的要求
，高性能的逆變電源必須滿足：高輸入功率因數，低輸出阻抗；暫態響應快速，穩態精度高；穩定性高
，效率高，可靠性高；電磁幹擾低；網絡功能完善。要實現這些功能，離不開數字控製技術。

1.2傳統逆變電源控製技術

1.2.1傳統逆變電源控製技術的缺點　　
傳統的逆變電源多為模擬控製或者模擬與數字相結合的控製係統。雖然模擬控製技術已經非常成熟
，但其存在很多固有的缺點：控製電路的元器件比較多，電路複雜，所占的體積較大；靈活性不夠
，硬件電路設計好了，控製策略就無法改變
；調tiao試shi不bu方fang便bian，由you於yu所suo采cai用yong器qi件jian特te性xing的de差cha異yi
，致zhi使shi電dian源yuan一yi致zhi性xing差cha，且qie模mo擬ni器qi件jian的de工gong作zuo點dian的de漂piao移yi，導dao致zhi係xi統tong參can數shu的de漂piao移yi。模mo擬ni方fang式shi很hen難nan實shi現xian逆ni變bian電dian源yuan的de並bing聯lian，所suo以yi逆ni變bian電dian源yuan數shu字zi化hua控kong製zhi是shi發fa展zhan的de趨qu勢shi，是shi現xian代dai逆ni變bian電dian源yuan研yan究jiu的de一yi個ge熱re點dian。

1.2.2傳統逆變電源控製技術的改進　　
以前為了改善係統的控製性能，通過模擬、數字(A/D)轉換器
，將微處理器與係統相連，在微處理器中實現數字控製算法，然後通過輸入、輸出口或脈寬調製口（pulse width modulation,　PWM）發(fa)出(chu)開(kai)關(guan)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)。微(wei)處(chu)理(li)器(qi)還(hai)能(neng)將(jiang)采(cai)集(ji)的(de)功(gong)率(lv)變(bian)換(huan)裝(zhuang)置(zhi)工(gong)作(zuo)數(shu)據(ju)，顯(xian)示(shi)或(huo)傳(chuan)送(song)至(zhi)計(ji)算(suan)機(ji)保(bao)存(cun)。一(yi)些(xie)控(kong)製(zhi)中(zhong)所(suo)用(yong)到(dao)的(de)參(can)考(kao)值(zhi)可(ke)以(yi)存(cun)儲(chu)在(zai)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)的(de)存(cun)儲(chu)器(qi)中(zhong)
，並(bing)對(dui)電(dian)路(lu)進(jin)行(xing)實(shi)時(shi)監(jian)控(kong)。

微(wei)處(chu)理(li)器(qi)的(de)使(shi)用(yong)在(zai)很(hen)大(da)程(cheng)度(du)上(shang)提(ti)高(gao)了(le)電(dian)路(lu)係(xi)統(tong)的(de)性(xing)能(neng)，但(dan)由(you)於(yu)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)運(yun)算(suan)速(su)度(du)的(de)限(xian)製(zhi)，在(zai)許(xu)多(duo)情(qing)況(kuang)下(xia)，這(zhe)種(zhong)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)輔(fu)助(zhu)的(de)電(dian)路(lu)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)仍(reng)舊(jiu)要(yao)用(yong)到(dao)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)等(deng)模(mo)擬(ni)控(kong)製(zhi)元(yuan)件(jian)。近(jin)年(nian)來(lai)隨(sui)著(zhe)大(da)規(gui)模(mo)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)
、現代可編程邏輯器件及數字信號處理器(digital signal processor,SP)技術的發展，使逆變電源的全數字控製成為現實。SP能夠實時地讀取逆變電源的輸出，並實時地計算出PWM輸(shu)出(chu)值(zhi)
，使(shi)得(de)一(yi)些(xie)先(xian)進(jin)的(de)控(kong)製(zhi)策(ce)略(lve)應(ying)用(yong)於(yu)逆(ni)變(bian)電(dian)源(yuan)控(kong)製(zhi)成(cheng)為(wei)可(ke)能(neng)，從(cong)而(er)可(ke)對(dui)非(fei)線(xian)性(xing)負(fu)載(zai)動(dong)態(tai)變(bian)化(hua)時(shi)產(chan)生(sheng)的(de)諧(xie)波(bo)進(jin)行(xing)動(dong)態(tai)補(bu)償(chang)，將(jiang)輸(shu)出(chu)諧(xie)波(bo)達(da)到(dao)可(ke)以(yi)接(jie)受(shou)的(de)水(shui)平(ping)。

2逆變電源數字化控製技術的現狀

2.1逆變電源控製技術數字化、智能化、網絡化　　
隨著電機控製專用SP的出現及其控製理論的普遍發展，逆變電源控製技術朝著全數字化、zhinenghuajiwangluohuadefangxiangfazhan，nibiandianyuandeshuzikongzhijishufashengleyicidafeiyue。nibiandianyuanshuzihuakongzhideyoudianzaiyugezhongkongzhicelveyingjiandianlujibenshiyizhide
，yaoshixiangezhongkongzhicelve，wuxubiandongyingjiandianlu，zhixuxiugairuanjianjike，dadasuoduanlekaifazhouqi，erqiekeyiyingyongyixiexinxingdefuzakongzhicelve，gedianyuanzhijiandeyizhixinghenhao，zheyangweinibiandianyuandejinyibufazhantigonglejichu，erqieyizuchengkekaoxinggaodedaguimonibiandianyuanbinglianyunxingxitong。

2.2逆變電源數字化發展存在的難點　　
數字化是逆變電源發展的主要方向，但還是需要解決以下一些難題：　　

a)逆(ni)變(bian)電(dian)源(yuan)輸(shu)出(chu)要(yao)跟(gen)蹤(zong)的(de)是(shi)一(yi)個(ge)按(an)正(zheng)弦(xian)規(gui)律(lv)變(bian)化(hua)的(de)給(gei)定(ding)信(xin)號(hao)，它(ta)不(bu)同(tong)於(yu)一(yi)般(ban)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)常(chang)值(zhi)控(kong)製(zhi)。在(zai)閉(bi)環(huan)控(kong)製(zhi)下(xia)
，給(gei)定(ding)信(xin)號(hao)與(yu)反(fan)饋(kui)信(xin)號(hao)的(de)時(shi)間(jian)差(cha)就(jiu)體(ti)現(xian)為(wei)明(ming)顯(xian)的(de)相(xiang)位(wei)差(cha)，這(zhe)種(zhong)相(xiang)位(wei)差(cha)與(yu)負(fu)載(zai)是(shi)相(xiang)關(guan)的(de)，這(zhe)就(jiu)給(gei)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)設(she)計(ji)帶(dai)來(lai)了(le)困(kun)難(nan)。　
b)nibiandianyuanshuchulvboqiduixitongdemoxingyingxianghenda，shurudianyadebodongfuzhihefuzaidexingzhi，daxiaodebianhuafanweiwangwangbijiaoda，zhexiedouzengjialekongzhiduixiangdefuzaxing，shidekongzhiduixiangmoxingdegaojiexing、不確定性、非線性顯著增加。　　
c)對於數字式PWM


，doucunzaiyigekaiguanzhouqideshikongqujian，yibanshizaimeigekaiguanzhouqidekaishihuoshanggezhouqizhimolaiquedingbencimaichongdekuandu

，jishizheshixitongfashenglebianhua

，yezhinengzaixiayigekaiguanzhouqiduimaichongkuanduzuochutiaozheng
，suoyixianzainibiandianyuandeshuzihuakongzhiyinqileguangfandeguanzhu。

3逆變電源數字化控製技術　　

逆變電源數字控製方法成為當今電源研究領域的一個熱點，與數字化相對應
，各種各樣的離散控製方法也紛紛湧現
，包括數字比例-積分-微分（PI）調節器控製、無差拍控製、數字滑變結構控製
、模糊控製以及各種神經網絡控製等，從而有力地推動逆變電源控製技術的發展。

3.1數字PI控製　　
數字PI控製以參數簡單、易整定等特點得到了廣泛應用。逆變器采用模擬數字PI控製時，如果隻是輸出電壓的瞬時值反饋
，其動態性能和非線性負載時的性能不會令人滿意；ruguoshishuchulvbodianganhuoshuchulvbodianrongdedianliushunshizhiyinrufankui，qixingnengjiangdedaojiaodagaijin，raner

，pangdademonikongzhidianlushikongzhixitongdekekaoxingxiajiang，tiaoshifuza
，buyiyuzhengding。shuzixinhaochulixinpiandechuxianshizhegewentideyixunsujiejue
，rujingezhongbuchangcuoshijikongzhifangshikeyihenfangbiandiyingyongyunibiandianyuandeshuziPI控製中，控製器參數修改方便，調試簡單。　　

但是
，數字PI控製算法應用到逆變電源的控製中，不可避免地產生了一些局限性：一方麵是係統的采樣量化誤差，降低了算法的分辨率
，使得PI調節器的精度變差；另一方麵，采樣和計算延時使被控係統成為一個具有純時間滯後的係統，造成PI控製器設計困難
，穩定性減小，隨著高速SP及高速A/的發展，數字PI控製技術在逆變電源的控製中會有進一步的應用。
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3.2滑模變結構控製　　
滑模變結構控製（slidingmode variable structure control

，SVSC）最顯著的特點是對參數變化和外部擾動不敏感
，即魯棒性強，加上其固有的開關特性

，因此非常適用於閉環反饋控製的電能變換器。　　

jiyuweichuliqidelisanhuamokongzhishinibianqishuchuboxingyoujiaohaodezantaixiangying，danxitongdewentaixingnengbushihenlixiang。juyouqiankuikongzhidelisanhuamokongzhixitong
，zantaixingnenghewentaijingdudedaotigao(見圖1)，但如果係統過載時，滑模控製器的負擔將變得非常重。自矯正離散滑模控製可以解決這個問題。　　

逆變器的控製器由參數自適應的線性前饋控製器和非線性滑模控製器組成（見圖2），滑模控製器僅在負載導致輸出電壓變化時產生控製力
，穩態的控製力主要由前饋控製器提供
，滑模控製器的切換麵（超平麵）是根據優化準則進行設計的。

3.3無差拍控製　　
無差拍控製（deadbeat control）shiyizhongjiyudianlufangchengdekongzhifangshi，qikongzhidejibensixiangshijiangshuchuzhengxiancankaobodengjiangedihuafenweiruogangequyangzhouqi，genjudianluzaimeiyiquyangzhouqideqishizhi，yongdianlulilunsuanchuguanyuquyangzhouqizhongxinduichengdefangbomaichongzuoyongshi
，fuzaishuchuzaiquyangzhouqimoweishidezhi。zhegeshuchuzhidedaxiao，yufangbomaichongdejixingyukuanduyouguan
，shidangkongzhifangbomaichongdejixingyukuandu，jiunengshifuzaishangdeshuchuzaiquyangzhouqidemohouyushuchucankaoboxingxiangzhonghe。buduantiaozhengmeiyiquyangzhouqineifangbomaichongdejixingyukuandu，jiunengzaifuzaishanghuodexieboshizhenxiaodeshuchu。yinci
，jishizaihendidekaiguanpinlvxia
，wuchapaikongzhiyenenggoubaozhengshuchuboxingdezhiliang，zheshiqitakongzhifangfasuobunengzuodaode,但是，其也有局限性：由於采樣和計算時間的延遲，輸出脈衝的占空比受到很大限製；對於係統參數的變化反應靈敏
，如電源電壓波動
、負載變動，係統的魯棒性差。

對於采樣和計算延時的影響，一種方法是通過修改輸出脈衝方式的方法來減小計算延時造成的占空比局限；另(ling)一(yi)種(zhong)方(fang)法(fa)是(shi)通(tong)過(guo)狀(zhuang)態(tai)觀(guan)測(ce)器(qi)對(dui)係(xi)統(tong)狀(zhuang)態(tai)提(ti)前(qian)進(jin)行(xing)預(yu)測(ce)，用(yong)觀(guan)測(ce)值(zhi)替(ti)代(dai)實(shi)際(ji)值(zhi)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)，從(cong)而(er)避(bi)免(mian)采(cai)樣(yang)和(he)計(ji)算(suan)延(yan)時(shi)對(dui)係(xi)統(tong)的(de)影(ying)響(xiang)。為(wei)了(le)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)的(de)魯(lu)棒(bang)性(xing)，一(yi)種(zhong)方(fang)法(fa)是(shi)采(cai)用(yong)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)預(yu)測(ce)方(fang)法(fa)來(lai)減(jian)小(xiao)負(fu)載(zai)變(bian)動(dong)對(dui)電(dian)源(yuan)輸(shu)出(chu)的(de)影(ying)響(xiang)，但(dan)實(shi)際(ji)改(gai)善(shan)的(de)程(cheng)度(du)有(you)限(xian)；另一種可行的方法是對係統參數進行在線辨識
，從而實時確定控製器參數，以達到良好的控製效果。

但(dan)是(shi)

，在(zai)線(xian)係(xi)統(tong)辨(bian)識(shi)的(de)計(ji)算(suan)複(fu)雜(za)度(du)和(he)存(cun)儲(chu)量(liang)都(dou)非(fei)常(chang)大(da)，一(yi)般(ban)的(de)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)很(hen)難(nan)在(zai)很(hen)短(duan)的(de)時(shi)間(jian)內(nei)完(wan)成(cheng)，因(yin)此(ci)實(shi)現(xian)的(de)可(ke)能(neng)性(xing)不(bu)大(da)，所(suo)以(yi)還(hai)沒(mei)有(you)一(yi)種(zhong)比(bi)較(jiao)好(hao)的(de)方(fang)法(fa)來(lai)解(jie)決(jue)無(wu)差(cha)拍(pai)控(kong)製(zhi)魯(lu)棒(bang)性(xing)差(cha)的(de)問(wen)題(ti)。正(zheng)是(shi)由(you)於(yu)無(wu)差(cha)拍(pai)控(kong)製(zhi)在(zai)電(dian)源(yuan)控(kong)製(zhi)中(zhong)的(de)不(bu)足(zu)及(ji)局(ju)限(xian)性(xing)到(dao)目(mu)前(qian)還(hai)難(nan)以(yi)解(jie)決(jue)，使(shi)得(de)無(wu)差(cha)拍(pai)控(kong)製(zhi)在(zai)工(gong)業(ye)界(jie)的(de)應(ying)用(yong)還(hai)有(you)待(dai)不(bu)斷(duan)的(de)深(shen)入(ru)研(yan)究(jiu)。

3.4重複控製　　
逆變器采用重複控製（repetitive control）是為了克服整流型非線性負載引起的輸出波形周期性的畸變
，它通常與其他PWMkongzhifangshixiangjiehe。zhongfukongzhidesixiangshijiadingqianyizhouqichuxiandejiboboxingjiangzaixiayijibozhouqidetongyishijianzhongfuchuxian
，kongzhiqigenjugeidingxinhaohefankuixinhaodewuchalaiquedingsuoxudexiaozhengxinhao，ranhouzaixiayigejibozhouqidetongyishijianjiangcixinhaodiejiadaoyuankongzhixinhaoshang
，yixiaochuhoumiangezhouqizhongjiangchuxiandezhongfujibian。　　
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重複控製係統如圖3(a),(b)所示。圖3中Ur為給定電壓信號
；Ud為電壓擾動信號；P（z）為控製對象；Uo為電壓的實際輸出量。周期延遲環節點量（Z－N）對控製器進行超前相位補償
，補償器的補償電容量C（z）提供相位補償和幅值補償，以保證控製係統的穩定性，並改善輸出波形。　　

重(zhong)複(fu)控(kong)製(zhi)使(shi)係(xi)統(tong)獲(huo)得(de)了(le)很(hen)好(hao)的(de)靜(jing)態(tai)性(xing)能(neng)，且(qie)易(yi)於(yu)實(shi)現(xian)
，但(dan)該(gai)技(ji)術(shu)卻(que)不(bu)能(neng)夠(gou)獲(huo)得(de)好(hao)的(de)動(dong)態(tai)性(xing)能(neng)。自(zi)適(shi)應(ying)重(zhong)複(fu)控(kong)製(zhi)方(fang)案(an)成(cheng)功(gong)地(di)應(ying)用(yong)於(yu)逆(ni)變(bian)器(qi)的(de)控(kong)製(zhi)中(zhong)。　　

模糊控製（fuzzy control）能夠在準確性和簡潔性之間取得平衡，有效地對複雜的電力電子係統做出判斷和處理。將模糊控製應用於逆變器，具有如下優點:模糊控製器的設計不需被控對象的精確數學模型,並且有較強的魯棒性和自適應性；查找模糊控製表隻需占有處理器很少的時間，可采用較高采樣率來補償模糊規則和實際經驗的偏差。　　

將(jiang)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)和(he)濾(lv)波(bo)電(dian)感(gan)電(dian)流(liu)反(fan)饋(kui)

，即(ji)電(dian)壓(ya)誤(wu)差(cha)和(he)電(dian)感(gan)電(dian)流(liu)作(zuo)為(wei)輸(shu)入(ru)模(mo)糊(hu)變(bian)量(liang)，可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)逆(ni)變(bian)器(qi)的(de)模(mo)糊(hu)控(kong)製(zhi)，整(zheng)流(liu)性(xing)負(fu)載(zai)時(shi)，其(qi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)總(zong)諧(xie)波(bo)失(shi)真(zhen)（total harmonic distortion,TH）小於5％，將模糊控製與無差拍控製相結合，可用來補償由於非線性負載導致的電壓降落，其係統如圖4所suo示shi。模mo糊hu控kong製zhi從cong模mo仿fang人ren的de思si維wei外wai特te性xing入ru手shou，模mo仿fang人ren的de模mo糊hu信xin息xi處chu理li能neng力li。它ta對dui係xi統tong的de控kong製zhi是shi以yi人ren的de經jing驗yan為wei依yi據ju的de
，而er人ren的de經jing驗yan正zheng是shi反fan映ying人ren在zai思si維wei過guo程cheng中zhong的de判pan斷duan、推理、歸gui納na。理li論lun上shang已yi經jing證zheng明ming，模mo糊hu控kong製zhi可ke以yi任ren意yi精jing度du逼bi近jin任ren何he線xian性xing函han數shu

，但dan受shou到dao當dang前qian技ji術shu水shui平ping的de限xian製zhi，模mo糊hu變bian量liang的de分fen檔dang和he模mo糊hu規gui則ze都dou受shou到dao一yi定ding的de限xian製zhi，隸li屬shu函han數shu的de確que定ding還hai沒mei有you統tong一yi的de理li論lun指zhi導dao
，帶dai有you一yi定ding的de人ren為wei因yin素su

，因yin此ci，模mo糊hu控kong製zhi的de精jing度du有you待dai於yu進jin一yi步bu提ti高gao。　　

此ci外wai神shen經jing網wang絡luo控kong製zhi是shi一yi種zhong使shi用yong人ren工gong神shen經jing網wang絡luo的de控kong製zhi方fang法fa。因yin為wei人ren工gong神shen經jing網wang絡luo是shi建jian立li在zai強qiang有you力li的de數shu學xue基ji礎chu上shang，所suo以yi它ta有you很hen大da的de潛qian力li，這zhe個ge數shu學xue基ji礎chu包bao括kuo各ge種zhong各ge樣yang的de已yi被bei充chong分fen理li解jie的de數shu學xue工gong具ju。在zai無wu模mo型xing自zi適shi應ying控kong製zhi器qi中zhong，人ren工gong神shen經jing網wang絡luo也ye是shi一yi個ge重zhong要yao組zu成cheng部bu分fen。但dan由you於yu神shen經jing網wang絡luo的de實shi現xian技ji術shu沒mei有you突tu破po，還hai沒mei有you成cheng功gong地di應ying用yong於yu逆ni變bian電dian源yuan的de控kong製zhi中zhong。

結論　　

基於微處理器、SP的數字控製技術重複性強、耐用性強
、適應性強等優點
，越來越受到人們的重視。隨著電力電子技術的快速發展，還會有更多、更geng適shi合he逆ni變bian電dian源yuan控kong製zhi的de智zhi能neng控kong製zhi策ce略lve。逆ni變bian電dian源yuan的de各ge種zhong控kong製zhi策ce略lve有you其qi所suo長chang
，有you其qi所suo短duan。因yin而er各ge種zhong控kong製zhi策ce略lve相xiang互hu取qu長chang
，集ji成cheng為wei複fu合he控kong製zhi器qi，將jiang在zai很hen大da程cheng度du上shang簡jian化hua控kong製zhi，提ti高gao可ke靠kao性xing
，使shi控kong製zhi日ri臻zhen完wan美mei，更geng好hao地di滿man足zu逆ni變bian電dian源yuan的de控kong製zhi要yao求qiu。