輸出電壓能夠快速跟蹤目標(biāo)值是驗(yàn)證單相逆變電源的重要標(biāo)準(zhǔn)，這要求逆變電源具有良好的靜態(tài)響應(yīng)和快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，當(dāng)負(fù)載頻繁變化時(shí)表現(xiàn)出較硬的輸出外特性，魯棒性好。針對(duì)單相逆變電源控制研究，主要有比例積分（PI）控制、比例諧振（PR）控制、重復(fù)控制、無(wú)差拍控制和矢量控制。

對(duì)于直流輸入信號(hào)，PI控制可以做到無(wú)靜差跟蹤，且具有控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快以及魯棒性好等特點(diǎn)，在電氣工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，對(duì)于交流輸入信號(hào)，由于系統(tǒng)帶寬受限，傳統(tǒng)的PI控制器無(wú)法做到無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差跟蹤。PR控制可以對(duì)某一特定頻率正弦交流信號(hào)進(jìn)行無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差跟蹤。但是由于PR需離散化處理，所以對(duì)微控制器的運(yùn)算精度要求高，同時(shí)PR動(dòng)態(tài)性能不如PI控制。

重復(fù)控制方案雖然可消除幅值和相位的穩(wěn)態(tài)誤差，但控制上有一個(gè)輸出周期的延遲、動(dòng)態(tài)響應(yīng)欠佳，并且控制器的設(shè)計(jì)復(fù)雜。無(wú)差拍控制有著良好的動(dòng)態(tài)性能，無(wú)超調(diào)現(xiàn)象，但是其控制特性受系統(tǒng)參數(shù)變化的影響較大，魯棒性較差，不利于對(duì)輸出電壓的控制。

目前，矢量控制方案是高性能逆變電源的發(fā)展方向之一。矢量控制技術(shù)利用虛擬軸產(chǎn)生一個(gè)與原系統(tǒng)垂直的物理量，這樣，可以合成矢量，進(jìn)而采用傳統(tǒng)PI調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)對(duì)交流信號(hào)的無(wú)靜差跟蹤控制。然而，這些矢量控制中，多采用電壓電流雙閉環(huán)方法，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不僅需要檢測(cè)電壓，還需要檢測(cè)電流，且檢測(cè)電壓、電流的準(zhǔn)確度與系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)解耦至關(guān)重要，實(shí)際應(yīng)用中，這些參數(shù)往往做不到準(zhǔn)確已知，控制效果會(huì)很不理想。

針對(duì)以上控制方法的不足之處，本文針對(duì)單相逆變電源系統(tǒng)提出一種基于三相延拓等效電路與虛擬電路的矢量控制方法，由逆變電源輸出電壓延拓出另兩相電壓，將其合成電壓矢量。

本文提出的電壓雙閉環(huán)矢量控制，只需對(duì)輸出電壓進(jìn)行反饋控制無(wú)需涉及電流，這樣不僅能達(dá)到好的控制效果，還能降低系統(tǒng)的硬件復(fù)雜性。電壓外環(huán)對(duì)矢量在dq坐標(biāo)系下進(jìn)行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)輸出電壓在穩(wěn)態(tài)時(shí)無(wú)偏差地跟蹤目標(biāo)值；電壓內(nèi)環(huán)通過(guò)設(shè)計(jì)虛擬電路改變系統(tǒng)電感值來(lái)實(shí)現(xiàn)近似解耦及提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。通過(guò)在PLECS中搭建仿真模型，證明本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)能滿(mǎn)足系統(tǒng)的輸出要求。

圖18 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

總結(jié)

本文以單相全橋逆變器作為研究對(duì)象，提出了單相逆變電源的電壓雙閉環(huán)矢量控制方法。給出三相延拓的方法，將單相逆變電路放到三相等效電路中分析，可將三相電路的矢量控制方法應(yīng)用到單相電路中去。電壓外環(huán)控制是將合成的電壓矢量，在dq坐標(biāo)系下進(jìn)行閉環(huán)控制；電壓內(nèi)環(huán)控制是通過(guò)在系統(tǒng)前端串聯(lián)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)近似解耦并提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

本文采用的電壓雙閉環(huán)控制方法，與傳統(tǒng)電壓電流雙閉環(huán)的方法相比，本文采用的控制方法只需要對(duì)輸出電壓進(jìn)行反饋控制，并不需要對(duì)電路中的電流進(jìn)行反饋控制，這樣硬件系統(tǒng)只需要電壓傳感器及相應(yīng)檢測(cè)電路和簡(jiǎn)單的過(guò)電流保護(hù)電路即可，從而降低了硬件系統(tǒng)的復(fù)雜性。

此外，系統(tǒng)仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文采用的控制方法有效，通過(guò)對(duì)單相逆變電源的電壓雙閉環(huán)控制，提高了電源的輸出準(zhǔn)確度以及響應(yīng)速度。