專利名稱：基于模糊補(bǔ)償?shù)哪孀兤鲾?shù)字控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源數(shù)字控制技術(shù)，具體涉及一種基于模糊補(bǔ)償?shù)哪孀兤鲾?shù)字控制方法及裝置。
現(xiàn)有的逆變器模擬控制系統(tǒng)，硬件環(huán)節(jié)較多，器件一致性和穩(wěn)定性難以保證；現(xiàn)有逆變器數(shù)字控制系統(tǒng)要么控制能力較弱(如只提供輸出電壓的有效值控制，不實時控制其波形的正弦度)，要么所需的硬件平臺過高(如32位DSP等)。數(shù)字控制系統(tǒng)的問題來自一些不可避免的時間延遲，如采樣延遲、計算延遲、調(diào)制延遲等。這樣，由于硬件成本的限制，使得高性能的數(shù)字化逆變器難以在實際產(chǎn)品中獲得應(yīng)用。
本發(fā)明的目的在于提供一種基于模糊補(bǔ)償?shù)哪孀兤鲾?shù)字控制方法，按照這種數(shù)字控制方法控制的逆變器以及據(jù)此制造的UPS、變頻器及其它工業(yè)電源具有輸出電壓波形好、成本低、性能可靠的優(yōu)點。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于模糊補(bǔ)償?shù)哪孀兤鲾?shù)字控制裝置，利用這種控制裝置制造的UPS、變頻器及其它工業(yè)電源具有輸出電壓波形好、成本低、性能可靠的優(yōu)點。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，構(gòu)造一種基于模糊補(bǔ)償?shù)哪孀兤鲾?shù)字控制方法，包括以下步驟計算輸出電壓誤差，對輸出電壓誤差進(jìn)行線性PID調(diào)節(jié)的同時，還對所述輸出電壓誤差進(jìn)行快速模糊控制，所述快速模糊控制的輸出作為補(bǔ)償量對所述線性PID調(diào)節(jié)的輸出進(jìn)行實時校正。
按照本發(fā)明提供的基于模糊補(bǔ)償?shù)哪孀兤鲾?shù)字控制方法，其特征在于，所述計算輸出電壓誤差包括以下步驟將逆變器的參考正弦波與其交流輸出電壓進(jìn)行相減。
按照本發(fā)明提供的基于模糊補(bǔ)償?shù)哪孀兤鲾?shù)字控制方法，其特征在于，所述快速模糊控制的輸出作為補(bǔ)償量對所述線性PID調(diào)節(jié)的輸出進(jìn)行實時校正包括以下步驟計算所述輸出電壓誤差的變化率，根據(jù)所述輸出電壓誤差和所述輸出電壓誤差變化率獲取模糊補(bǔ)償信號，將所述模糊補(bǔ)償信號疊加到所述線性PID調(diào)節(jié)的輸出信號上，最后將疊加形成的信號作用于逆變器的輸入端(即逆變器的調(diào)制環(huán)節(jié))。
按照本發(fā)明提供的基于模糊補(bǔ)償?shù)哪孀兤鲾?shù)字控制方法，其特征在于，所述根據(jù)輸出電壓誤差和所述輸出電壓誤差變化率獲取模糊補(bǔ)償信號是通過查找一個二元查找表獲得一個補(bǔ)償數(shù)據(jù)量，其中的一元代表輸出電壓誤差的數(shù)值范圍(即區(qū)間)，另一元代表輸出電壓誤差變化率的數(shù)值范圍。
本發(fā)明的另一個目的是這樣實現(xiàn)的，構(gòu)造一種基于模糊補(bǔ)償?shù)哪孀兤鲾?shù)字控制裝置，其特征在于包括減法器，用于產(chǎn)生逆變器輸出電壓與輸入?yún)⒖颊也妷篤R之差的輸出電壓誤差E；線性比例-積分-微分(PID)控制器，用于對所述減法器的輸出進(jìn)行線性PID調(diào)節(jié)；
微分器，用于對所述的輸出電壓誤差E進(jìn)行微分，輸出所述輸出電壓的變化率EC；二維模糊控制單元，用于根據(jù)輸出電壓誤差E及輸出電壓誤差變化率EC，產(chǎn)生模糊補(bǔ)償量；加法器，用于將所述二維模糊控制單元產(chǎn)生的模糊控制補(bǔ)償量與所述線性PID控制器的輸出進(jìn)行疊加合成，并將疊加合成后的信號作用于逆變器輸入端。
按照本發(fā)明提供的基于模糊補(bǔ)償?shù)哪孀兤鲾?shù)字控制裝置，其特征在于所述二維模糊控制單元是一個二元查找表，其中的一元代表輸出電壓誤差的數(shù)值范圍，另一元代表輸出電壓誤差變化率的數(shù)值范圍，所述二元查找表的輸出是一個補(bǔ)償數(shù)據(jù)量。
按照本發(fā)明提供的基于模糊補(bǔ)償?shù)哪孀兤鲾?shù)字控制裝置，其特征在于所述減法器、線性比例-積分-微分(PID)控制器、微分器、二維模糊控制單元、加法器的實現(xiàn)可包含在一個微處理器或數(shù)字信號處理器中。
實施本發(fā)明提供的基于模糊補(bǔ)償?shù)哪孀兤鲾?shù)字控制方法及裝置，所采用的線性PID控制器，保證了逆變器的靜、動態(tài)穩(wěn)定性；而模糊控制器具有較強(qiáng)的實時補(bǔ)償能力。因此，即使在帶功率因數(shù)較低(小于0.7)、電流峰制值比較高(大于3∶1)的額定整流性負(fù)載(如計算機(jī)用開關(guān)電源)時亦可獲得較好的輸出電壓波形(THD＜5％)。本發(fā)明中，獲取模糊補(bǔ)償量的過程可通過直接查找二維模糊表的方法實現(xiàn)(即可通過擴(kuò)大模糊表的規(guī)模來省去常規(guī)模糊控制器中的模糊化和非模糊化過程)。這樣，與現(xiàn)有的數(shù)字控制的逆變器相比，控制器可以采用價格低廉的CPU(如單片機(jī)、16位DSP等)實現(xiàn)，可有效地降低逆變器的硬件成本，提高逆變器的綜合性能。
結(jié)合附圖和實施例，進(jìn)一步說明本發(fā)明的特點，附圖中

圖1是傳統(tǒng)逆變器瞬時值調(diào)節(jié)SPWM控制方法的原理示意圖；圖2是傳統(tǒng)模糊控制器的原理框圖；圖3是本發(fā)明基于模糊補(bǔ)償?shù)哪孀兤鲾?shù)字控制裝置的原理框圖。
圖4是實施本發(fā)明基于模糊補(bǔ)償?shù)哪孀兤鲾?shù)字控制方法的一個實施例的流程圖。
如圖1所示，傳統(tǒng)的瞬時值調(diào)節(jié)SPWM數(shù)字控制方法包括以下環(huán)節(jié)1)計算輸出電壓誤差e將反饋到調(diào)節(jié)器輸入端的輸出信號Vo的瞬時采樣值從參考正弦波Vr的瞬時采樣值中減去獲得到輸出電壓誤差e；2)PID調(diào)節(jié)針對輸出電壓誤差e進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，得到控制量Vi；3)對逆變器進(jìn)行實時控制將控制量Vi直接作用于逆變器的輸入端(即逆變器的SPWM調(diào)制環(huán)節(jié))，逆變器的輸出為其輸出電壓Vo。
圖2示出傳統(tǒng)模糊控制器的原理框圖，從中可見，先要在框201中對誤差E及誤差變化率EC進(jìn)行模糊化處理，形成兩個模糊輸入量，在框202中，根據(jù)由框203提供的模糊控制規(guī)則，對模糊輸入量進(jìn)行模糊決策，最后在框204中，將模糊決策輸出量進(jìn)行反模糊化處理，獲得精確化的控制量。
圖3示出本發(fā)明的基于模糊補(bǔ)償?shù)哪孀兤鲾?shù)字控制裝置的邏輯框圖。如圖所示，本發(fā)明的逆變器數(shù)字控制器包括線性比例-積分-微分(PID)控制器301、二維模糊控制單元302、加法器303、減法器304、微分器305以及被控對象即直流/交流變換器306。其控制原理是這樣的在逆變器的輸入端輸入的參考正弦波Vr，從逆變器306輸出端反饋回輸入端的輸出交流電壓Vo經(jīng)減法器304獲得系統(tǒng)的輸出電壓誤差E。輸出電壓誤差E輸入到線性比例-積分-微分(PID)控制器301，經(jīng)比例-積分-微分調(diào)節(jié)后，線性比例-積分-微分(PID)控制器301輸出為調(diào)整量U1。同時，輸出電壓誤差E經(jīng)微分器305微分后得到系統(tǒng)誤差變化率EC。將系統(tǒng)誤差E和系統(tǒng)誤差變化率EC作為輸入?yún)?shù)輸入到二維模糊控制單元302，即根據(jù)系統(tǒng)誤差E和系統(tǒng)誤差變化率EC這兩個參數(shù)查找模糊表，可以直接查出補(bǔ)償量U2。調(diào)整量U1和補(bǔ)償量U2經(jīng)加法器303疊加后，即可以得到用于控制普通直流/交流轉(zhuǎn)換電路的控制量Vc?？刂屏縑c作用于直流/交流轉(zhuǎn)換單元306(即逆變器)后，逆變器輸出的就是一個綜合性能較為理想的正弦波電壓Vo。
作為實現(xiàn)本發(fā)明提供的逆變器數(shù)字控制方法的一個實施例，如圖4所示，在框401開始后執(zhí)行的具體步驟如下1、計算系統(tǒng)誤差E(框402)和系統(tǒng)誤差變化率EC(框404)將直流/交流逆變器輸出的正弦波從參考正弦波Vr減除，獲得系統(tǒng)誤差E(框402)，再對系統(tǒng)誤差E進(jìn)行微分，得出系統(tǒng)誤差變化率EC(框404)；2、針對系統(tǒng)誤差E進(jìn)行比例-積分-微分(PID)處理，得到調(diào)整量U1(框403)；3、采用查找模糊表的方法，根據(jù)系統(tǒng)誤差E和系統(tǒng)誤差變化率EC這兩個參數(shù)實時獲取模糊補(bǔ)償量U2(框405)；
4、計算總控制量再將調(diào)整量U1和補(bǔ)償量U2疊加，得到控制量Vc(框406)；5、將控制量Vc作用于直流/交流逆變器，即可獲得較好的輸出電壓波形和穩(wěn)定性(框407)。
權(quán)利要求
1.一種基于模糊補(bǔ)償?shù)哪孀兤鲾?shù)字控制方法，其特征在于，包括以下步驟計算輸出電壓誤差，對輸出電壓誤差進(jìn)行線性PID調(diào)節(jié)的同時，還對所述輸出電壓誤差進(jìn)行快速模糊控制，所述快速模糊控制的輸出作為補(bǔ)償量對所述線性PID調(diào)節(jié)的輸出進(jìn)行實時校正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述控制方法，其特征在于，所述計算輸出電壓誤差包括以下步驟將逆變器交流輸出電壓從參考正弦波中減除，獲得輸出電壓誤差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述控制方法，其特征在于，所述快速模糊控制的輸出作為補(bǔ)償量對所述線性PID調(diào)節(jié)的輸出進(jìn)行實時校正包括以下步驟計算所述輸出電壓誤差的變化率，根據(jù)所述輸出電壓誤差和所述輸出電壓誤差變化率獲取模糊補(bǔ)償信號，將所述模糊補(bǔ)償信號疊加到所述線性PID調(diào)節(jié)的輸出信號上，最后將疊加形成的信號作用到逆變器輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所述輸出電壓誤差和所述輸出電壓誤差變化率獲取模糊補(bǔ)償信號是查找一個二元查找表得到一個補(bǔ)償數(shù)據(jù)量，其中的一元代表輸出電壓誤差的數(shù)值范圍，另一元代表輸出電壓誤差變化率的數(shù)值范圍。
5.一種基于模糊補(bǔ)償?shù)哪孀兤鲾?shù)字控制裝置，其特征在于包括減法器，用于產(chǎn)生逆變器的參考正弦波電壓Vr與實際輸出電壓Vo之差，即輸出電壓誤差E；線性比例-積分-微分(PID)控制器，用于對所述減法器的輸出，即輸出電壓誤差E，進(jìn)行線性PID調(diào)節(jié)；微分器，用于對輸入的輸出電壓誤差E進(jìn)行微分，輸出所述輸出電壓的變化率EC；二維模糊控制單元，用于根據(jù)輸出電壓誤差E及輸出電壓誤差變化率EC，產(chǎn)生模糊補(bǔ)償量；加法器，用于將所述二維模糊控制單元產(chǎn)生的模糊補(bǔ)償量與所述線性PID控制器輸出的調(diào)整量進(jìn)行疊加，并將疊加合成后的信號作用到逆變器輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述控制裝置，其特征在于所述二維模糊控制單元是一個二元查找表，其中的一元代表輸出電壓誤差的數(shù)值范圍，另一元代表輸出電壓誤差變化率的數(shù)值范圍，所述二元查找表的輸出是一個補(bǔ)償數(shù)據(jù)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述控制裝置，其特征在于所述減法器、線性比例-積分-微分(PID)控制器、微分器、二維模糊控制單元、加法器可包含在一個微處理器中。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述控制裝置，其特征在于所述二維模糊控制單元包括一個模糊化處理單元、存儲模糊控制規(guī)則的模糊控制規(guī)則單元以及根據(jù)模糊化處理單元輸出的模糊量和模糊控制規(guī)則單元確定模糊輸出的模糊決策單元，還包括將所述模糊決策單元輸出的模糊量進(jìn)行反模糊處理的反模糊化處理單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述控制裝置，其特征在于所述減法器、線性比例-積分-微分(PID)控制器、微分器、二維模糊控制單元、加法器的實現(xiàn)可包含在一個微處理器中。
全文摘要
一種基于模糊補(bǔ)償?shù)哪孀兤鲾?shù)字控制方法和裝置,對輸出電壓誤差進(jìn)行線性PID調(diào)節(jié),還對輸出電壓誤差進(jìn)行快速模糊控制,并將其輸出作為補(bǔ)償量對線性PID調(diào)節(jié)器輸出進(jìn)行實時校正。通過模糊控制器的實時校正能顯著改善逆變器的輸出電壓波形,并且不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。其中,模糊補(bǔ)償量的獲取可以通過查找擴(kuò)大化的二維模糊表的方法實現(xiàn),省去了常規(guī)的模糊化和反模糊化過程,降低了對微處理器速度的要求,在提高控制精度同時不會增加硬件成本,從而提高了產(chǎn)品的綜合性能。
文檔編號H02M7/00GK1274985SQ0011714
公開日2000年11月29日 申請日期2000年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月6日
發(fā)明者孫文煥, 周黨生 申請人:深圳市華為電氣技術(shù)有限公司