CN105471276A - 适用于抑制交流输入谐波的ac-ac变换器控制方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于抑制交流输入谐波的AC-AC变换器控制方法，如下：一、通过采样Boost变换器输出端瞬时电压获得采样电压u_o；二、通过计算采样电压u_o的有效值U_o并与基准电压有效值做差，得到有效值电压差U_e，将采样电压u_o与基准电压瞬时值做差，得到瞬时值电压差u_e；三、PR控制器传递函数表达式：<maths num="0001"></maths>四、将步骤二获得的瞬时值电压差u_e分别经过5次PR控制器和7次PR控制器，得到电压分别为u_e5和u_e7，并将两者做加法运算，得到电压；五、将步骤二获得的有效值电压差U_e经过PI控制器得到电压；六、将步骤三和四获得的两电压和加和，得到电压ΔU，并将ΔU作为占空比，控制输出电压，完成无静差调节。本发明实现对交流信号无静差控制，提高系统的准确性、稳定性。

Description

适用于抑制交流输入谐波的AC-AC变换器控制方法

技术领域

本发明涉及比例谐振控制抑制谐波的领域，具体涉及一种适用于抑制交流输入谐波的AC-AC变换器控制方法。

背景技术

通常，比例-积分(PI)控制算法广泛应用于工业过程控制，但PI调节器不足之处在于以不变的模式和参数来处理变化多端的动态过程。对交流信号，它无法达到无静差控制，因此有必要引入一个比例谐振控制器——PR控制器。

一般情况下，PI调节器具有结构简单、稳态无静差等优点，对于直流信号，PI控制器可产生无穷大的增益进行无差调节，对交流给定信号，特别是含谐波的输入信号，常规的PI控制器的增益并不大，因而无法从本质上实现无静差控制，且造成结构复杂，设计困难，影响系统性能。

发明内容

基于上述问题，本发明提供一种适用于抑制交流输入谐波的AC-AC变换器控制方法，解决单纯PI调节无法对交流信号产生无静差控制的问题。

本发明所采用的技术如下：一种适用于抑制交流输入谐波的AC-AC变换器控制方法，包括以下步骤：

步骤一、通过采样Boost变换器输出端瞬时电压获得采样电压u_o；

步骤二、通过计算采样电压u_o的有效值U_o并与基准电压有效值做差，得到有效值电压差为U_e，同样将采样电压u_o与基准电压瞬时值做差，得到瞬时值电压差为u_e；

步骤三、提供比例谐振控制器传递函数表达式：

$G_{PR}\left(s\right)=\frac{U_o\left(s\right)}{U_i\left(s\right)}=\frac{2K_i{\mathrm{\&omega;}}_{c}s}{s^2+2{\mathrm{\&omega;}}_{c}s+{\mathrm{\&omega;}}_0^2}+K_p$

其中：K_i为谐振系数；K_p为谐振系数；ω₀为谐振频率；ω_c为带宽；

步骤四、将步骤二获得的瞬时值电压差u_e分别经过5次比例谐振控制器和7次比例谐振控制器，得到电压分别为u_e5和u_e7，并将两者做加法运算，得到电压

步骤五、将步骤二获得的有效值电压差U_e经过PI控制器得到电压

步骤六、将步骤三和步骤四获得的两电压和加和，得到电压ΔU，并将ΔU作为占空比，控制输出电压，完成无静差调节。

本发明的有益效果及优点：本发明所提出的控制方法是通过在PI控制器的基础上引入PR比例谐振控制器的双调制作用，克服了单纯使用PI调节器的缺点，即对交流给定信号不能产生无穷大增益，不能实现无静差调制，影响系统性能。本发明兼顾了PI控制器的优点，克服其缺点，提高了系统的准确性，因而具有更加广阔的前景。

附图说明

图1为本发明比例谐振控制方法原理图；

图2为Boost型AC-AC变换器主电路拓扑图；

图3为含有5次谐波的输入电压波形图；

图4为含有7次谐波的输入电压波形图；

图5为输出电压波形图。

具体实施方式

下面根据说明书附图举例对本发明做进一步说明：

实施例1

结合图1说明本具体实施方式，本具体实施方式所述的一种适用于抑制交流输入电压谐波的比例谐振控制方法，它包括以下步骤：

步骤一、将Boost变换器输出端瞬时电压u'_o经控制电路板的采样电路采样，获得可供控制电路板上芯片工作的采样电压u_o；

步骤二、将步骤一获得的采样电压u_o输入ARM芯片，计算采样电压u_o的有效值U_o并与基准电压有效值做差比较，得到有效值电压差同样将采样电压u_o与基准电压瞬时值比较做差，得到瞬时值电压差

步骤三、比例谐振(PR)控制器传递函数表达式为

$G_{PR}\left(s\right)=\frac{U_o\left(s\right)}{U_i\left(s\right)}=\frac{2K_i{\mathrm{\&omega;}}_{c}s}{s^2+2{\mathrm{\&omega;}}_{c}s+{\mathrm{\&omega;}}_0^2}+K_p$

其中：K_i为谐振系数；K_p为比例系数；ω₀为谐振频率；ω_c为带宽。

步骤四、将步骤二获得的瞬时值电压差u_e分别经过5次比例谐波控制器和7次比例谐波控制器PR，得到电压分别为u_e5和u_e7，并将两者做加法运算，得到电压

步骤五、将步骤二获得的有效值电压差U_e经过PI控制器得到电压

步骤六、将步骤三和步骤四获得的两电压和加和，得到电压并将ΔU作为占空比，控制输出电压，完成无静差调节。

实施例2

为了验证抑制交流输入电压谐波的比例谐振控制方法实际应用效果，进行了相关实验，具体参数为：L＝0.1mH，C₁＝20uF(如图2所示)，采样频率20KHz，谐波源采用三相晶闸管整流桥带电阻电抗负载。谐振频率ω₀分别为250Hz和350Hz，即分别为5次谐波和7次谐波，取谐振系数K_i＝100；谐振系数K_p＝0.1；带宽ω_c＝2π。图3、图4和图5给出了采用抑制交流输入电压谐波的比例谐振控制方法时的实验波形。

图3和图4分别为含有5次谐波和7次谐波的输入电压。图5为采用比例谐波控制方法后的输出电压。对比输入电压和输出电压波形可得，采用比例谐波控制方法时，输入电压谐振频率附近的分量明显减少，5次和7次谐波能得到有效抑制，输出电压正弦变化，证明了本发明提出的抑制交流输入电压谐波的比例谐振控制方法的有效性。

本发明基于闭环PI控制引入PR比例谐振控制器，在PI调节器对直流分量控制的基础上，使PR控制器对给定的正弦信号能够产生足够大增益的，从而实现对交流信号无静差控制，提高系统的准确性、稳定性。

Claims (1)

1.一种适用于抑制交流输入谐波的AC-AC变换器控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、通过采样Boost变换器输出端瞬时电压获得采样电压u_o；

步骤二、通过计算采样电压u_o的有效值U_o并与基准电压有效值做差，得到有效值电压差为U_e，同样将采样电压u_o与基准电压瞬时值做差，得到瞬时值电压差为u_e；

步骤三、提供比例谐振控制器传递函数表达式：

$G_{PR}\left(s\right)=\frac{U_o\left(s\right)}{U_i\left(s\right)}=\frac{2K_i{\mathrm{\&omega;}}_{c}s}{s^2+2{\mathrm{\&omega;}}_{c}s+{\mathrm{\&omega;}}_0^2}+K_p$

其中：K_i为谐振系数；K_p为谐振系数；ω₀为谐振频率；ω_c为带宽；

步骤四、将步骤二获得的瞬时值电压差u_e分别经过5次比例谐振控制器和7次比例谐振控制器，得到电压分别为u_e5和u_e7，并将两者做加法运算，得到电压

步骤五、将步骤二获得的有效值电压差U_e经过PI控制器得到电压

步骤六、将步骤三和步骤四获得的两电压和加和，得到电压ΔU，并将ΔU作为占空比，控制输出电压，完成无静差调节。