逆变器中PI控制器分析

逆变器中PI控制器分析

PI 控制器是一种线性控制器,它原理简单,使用方便;适应性强;鲁棒性强,其控制品质对被控对象的变化不太敏感,比较适合 UPS 这类负载类型不确定的设备。逆变器虽然是一个非线性系统,但只取各个量的低频成分,可以等效为一个线性系统,当开关频率较高的时候,这种等效是可以接受的。控制器中的比例项用以提高系统的动态响应性能,积分项用于缩小稳态误差。但在逆变器控制中,在静止坐标系下设计的 PI控制器无法让人满意，因为 PI 控制器在非零频率处的增益不是无穷大,所以无法实现对正弦指令的无静差跟踪,会造成幅值以及相位的误差。后来提出的多环控制,例如输出滤波电感电流内环、电容电压外环的设计,虽然动态响应、带非线性负载性能更好了,但仍会存在稳态误差。对于一个三相系统,更好的策略是在旋转坐标系(d,q)下设计 PI 控制器,三相正弦量在两相同步旋转坐标系中变成了直流量,所以分别在两个坐标分量上用 PI 控制器进行控制,可以使误差量为零。由于在旋转坐标中,两个坐标分量之间存在耦合,所以需要进行解耦控制。对于单相系统,难以应用旋转坐标的方法,要取得零稳态误差,可以使用比例谐振控制器(PR)。三相系统也可以使用比例谐振器来进行控制,这样可以免去坐标变换,但是文献证明,三相系统下,比例谐振控制器只是旋转坐标系下的控制器在静止坐标下的等价实现。

如果仅仅使用电压单闭环 PI 控制,则系统的瞬态响应比较差,带非线性负载能力较弱,为了取得更好的性能,可以使用电压外环、电流内环的双闭环控制结构。电流内环可以有两种方案,一种是控制滤波电感的电流,一种是控制滤波电容的电流。电容电流内环的方案,在谐波补偿效果以及动态响应方面都比电感电流内环的方案好,且对电流传感器的要求比较低,可降低成本,只是电容电流内环无法实现过流保护。