胡 永

摘要:文章以電壓型逆變電路作為被控對(duì)象,采用雙閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行控制,以輸出得到理想的正弦交流電壓波形。用MATLAB進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),結(jié)果證明了這種智能控制系統(tǒng)性能良好,是一個(gè)能達(dá)到滿意控制效果的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞:逆變器;模糊控制;MATLAB仿真

中圖分類號(hào):TP273文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)。模糊控制中的知識(shí)表示、模糊規(guī)則和合成推理是基于專家知識(shí)或操作者的成熟經(jīng)驗(yàn),是一種不需要被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型的具有較強(qiáng)魯棒性和自適應(yīng)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(yīng)用于逆變器的控制器設(shè)計(jì)是提高系統(tǒng)性能的有效途徑之一。

一、控制器的設(shè)計(jì)

隨著閉環(huán)調(diào)節(jié)在逆變器中越來越廣泛的應(yīng)用,對(duì)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(dòng)態(tài)響應(yīng)快。以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)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(dòng)時(shí)很難得到理想的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。為了解決上述問題,很多智能控制被應(yīng)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(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是系統(tǒng)被控對(duì)象的輸出(被控制量)會(huì)反送回來影響控制器的輸出,形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋,若反饋信號(hào)與系統(tǒng)給定值信號(hào)相反,則稱為負(fù)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(fù)反饋,又稱負(fù)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(yàn)基礎(chǔ)之上的。對(duì)于一個(gè)熟練的操作人員,他往往憑借豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),采取適當(dāng)?shù)膶?duì)策來巧妙地控制一個(gè)復(fù)雜過程。若能將這些熟練操作員的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)和描述,并用語言表達(dá)出來,就會(huì)得到一種定性的﹑不精確的控制規(guī)則。如果用模糊數(shù)學(xué)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(shè)計(jì)

雙閉環(huán)控制同時(shí)具備優(yōu)異的動(dòng)、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(fù)載擾動(dòng),必須具備足夠的帶寬,這就對(duì)數(shù)字控制器的控制速度提出了更高的要求,實(shí)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(jià)格的下降,雙閉環(huán)控制在實(shí)際產(chǎn)品中的大量應(yīng)用是有可能的。雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),分為兩個(gè)步驟:(1)電流內(nèi)環(huán)的設(shè)計(jì),根據(jù)工程設(shè)計(jì)方法對(duì)電流內(nèi)環(huán)進(jìn)行設(shè)計(jì);(2)電壓外環(huán)的設(shè)計(jì),借助于MATLAB/SIMULINK的模糊工具箱設(shè)計(jì)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(shí)際實(shí)驗(yàn)的實(shí)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(jìn)行運(yùn)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(wù)。其設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示。

(二)中斷程序流程圖

本程序采用一個(gè)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(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)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(fù)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(duì)于阻感負(fù)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(duì)逆變器進(jìn)行控制,具有良好的穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)性能。通過設(shè)計(jì)過程中的全部工作可以得出以下結(jié)論:

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

2.通過MATLAB仿真證實(shí)了控制方案在實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)正弦波輸出這一目標(biāo)的可行性及良好的控制效果。

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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。