專利名稱：基于調(diào)制比的瞬時值比例積分微分控制方法及不間斷電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全數(shù)字化不間斷電源技術(shù)，具體涉及一種逆變器數(shù)字控制技術(shù)以及應(yīng)用該技術(shù)的全數(shù)字化不間斷電源，更具體地說，涉及一種模糊補(bǔ)償?shù)幕谡{(diào)制比的瞬時值比例積分微分(PID)控制方法及其控制的不間斷電源(UPS)。
目前市場上的UPS產(chǎn)品，受數(shù)字控制技術(shù)的限制，其逆變部分的控制方法絕大多數(shù)采取模擬方式，分有效值調(diào)節(jié)和瞬時值調(diào)節(jié)。然而，就目前控制方式的發(fā)展方向，一般采用數(shù)字控制技術(shù)。由于數(shù)字控制技術(shù)能靈活地改善系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能指標(biāo)，顯著地增強(qiáng)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性，且可降低其硬件成本和生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，擴(kuò)大產(chǎn)品優(yōu)化空間。但是就目前產(chǎn)品和文獻(xiàn)中現(xiàn)有的數(shù)字控制技術(shù)，采用數(shù)字化控制的UPS大多必須采用速度快、功能強(qiáng)的CPU芯片(如32位DSP)，以減小數(shù)字電路存在一些不可避免的時間延遲(如采樣延遲、計(jì)算延遲、調(diào)制延遲等)對波形整形的影響。這樣，由于硬件成本的限制，使得采用數(shù)字控制技術(shù)的直流／交流逆變器難以在實(shí)際UPS產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。
本發(fā)明的目的在于提供一種不間斷電源(UPS)的數(shù)字控制技術(shù)，按照這種控制技術(shù)，可以用較低成本的微處理器實(shí)現(xiàn)功能較好的不間斷電源，即具有較好的性能的同時具有成本低、性能可靠的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種應(yīng)用上述數(shù)字控制技術(shù)的UPS，其具有成本低、性能可靠的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，構(gòu)造一種基于調(diào)制比的瞬時值PID控制方法，其特征在于，將快速模糊補(bǔ)償與調(diào)節(jié)調(diào)制比的瞬時值PID SPWM控制方法結(jié)合一起對UPS逆變器進(jìn)行控制。
按照本發(fā)明提供的控制方法，其特征在于，包括以下步驟計(jì)算輸出電壓誤差e，分別對輸出電壓誤差e進(jìn)行線性PID調(diào)節(jié)和快速模糊補(bǔ)償，將線性PID調(diào)節(jié)輸出的主要調(diào)節(jié)量U1和快速模糊補(bǔ)償輸出的補(bǔ)償量U2疊加后得出對逆變器的控制量Vi，用控制量Vi實(shí)現(xiàn)對逆變器輸出電壓Vo的控制。
按照本發(fā)明提供的控制方法，其特征在于，包括以下步驟1、調(diào)節(jié)調(diào)制比的瞬時值PID SPWM調(diào)制，得出逆變器的調(diào)節(jié)量U1；a、計(jì)算輸出電壓誤差分別對反饋電壓Vo的瞬時值和參考電壓Vr的瞬時值取絕對值，再求出兩者之輸出電壓誤差e；b、線性PID調(diào)節(jié)對電壓誤差e進(jìn)行比例-積分-微分(PID)調(diào)節(jié)，計(jì)算出當(dāng)前工頻周期所需的調(diào)制比m；c、SPWM調(diào)制對調(diào)制比m進(jìn)行SPWM調(diào)制，得出逆變器的調(diào)節(jié)量U1；2、對輸出電壓誤差e1實(shí)行快速模糊補(bǔ)償，計(jì)算補(bǔ)償量U2；a、計(jì)算輸出電壓誤差e1和輸出電壓誤差變化率e1c將實(shí)時參考正弦波Vr和反饋的輸出電壓Vo相比較，計(jì)算出輸出電壓誤差e1，再對輸出電壓誤差e1求導(dǎo)，得出輸出電壓誤差變化率e1c。
b、二元模糊補(bǔ)償將輸出電壓誤差e1和輸出電壓誤差變化率e1c作為二元輸入?yún)?shù)，對輸出電壓誤差進(jìn)行二元模糊補(bǔ)償，其輸出為補(bǔ)償量U2。
3、計(jì)算逆變器的控制量Vi將SPWM調(diào)制和快速模糊補(bǔ)償后輸出的主要調(diào)節(jié)量U1和補(bǔ)償量U2疊加，得到對逆變器的控制量Vi。
上述UPS的數(shù)字控制方法中，二元模糊補(bǔ)償均可采用查找二元查找表的方法實(shí)現(xiàn)二元查找表中的一元代表輸出電壓誤差的數(shù)值范圍，另一個元代表輸出電壓誤差變化率的數(shù)值范圍，根據(jù)輸出電壓誤差和輸出電壓誤差變化率查找，可以得出一個二元模糊補(bǔ)償量U2。
本發(fā)明的另一個目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，構(gòu)造一種不間斷電源，包括電池、整流器、逆變器、逆變器控制器、充電器和斷電開關(guān)，其特征在于所述逆變器控制器是結(jié)合調(diào)節(jié)調(diào)制比的瞬時值PIDSPWM控制和快速模糊補(bǔ)償?shù)臄?shù)字控制裝置。
按照本發(fā)明提供的UPS，其特征在于，所述結(jié)合調(diào)節(jié)調(diào)制比的瞬時值PID SPWM控制和快速模糊補(bǔ)償?shù)臄?shù)字控制裝置包括采樣器用于采樣參考正弦波電壓的瞬時值Vr的絕對值和反饋回輸入端的輸出電壓的瞬時值Vo的絕對值；減法器1用于將參考正弦波電壓的瞬時值Vr的絕對值和反饋回輸入端的輸出電壓的瞬時值Vo的絕對值相減產(chǎn)生輸出電壓誤差e線性PID控制器對所述減法器的輸出即輸出電壓誤差e進(jìn)行線性PID控制，產(chǎn)生當(dāng)前周期的調(diào)制比m；SPWM調(diào)制器對PID器輸出的調(diào)制比m進(jìn)行SPWM調(diào)制，其輸出為主要調(diào)節(jié)量U1；快速模糊補(bǔ)償單元對PID器輸出的調(diào)制比M進(jìn)行快速模糊補(bǔ)償，其輸出為補(bǔ)償量U2；
加法器用于將SPWM調(diào)制器輸出的主要調(diào)節(jié)量U1和快速模糊補(bǔ)償單元輸出的補(bǔ)償量U2相疊加，產(chǎn)生逆變器的控制量Vi。
在上述逆變器控制裝置中，所述快速模糊補(bǔ)償單元包括a、減法器2用于將實(shí)時參考正弦波Vr與輸出端反饋的輸出信號Vo相減，得出輸出電壓誤差e1。
b、微分器用于對輸出電壓誤差e1進(jìn)行微分，輸出所述輸出電壓的變化率e1c；c、二維模糊補(bǔ)償器，用于根據(jù)輸入的輸出電壓誤差e1及輸出電壓誤差變化率e1c，產(chǎn)生模糊補(bǔ)償量U2。
上述UPS逆變器中的二維模糊補(bǔ)償器是一個二元查找表，其中的一元代表輸出電壓誤差的數(shù)值范圍，另一個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。
實(shí)施本發(fā)明的基于調(diào)制比的瞬時值PID控制方法及其控制的不間斷電源，由于在PID調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)中考慮了數(shù)字系統(tǒng)的時滯效應(yīng)，保證了逆變器的靜、動態(tài)穩(wěn)定性，而模糊補(bǔ)償器具有較強(qiáng)的實(shí)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(jì)算機(jī)用開關(guān)電源)時均可獲得較好的輸出電壓波形(THD＜5％)。這樣，有效地提高了UPS的綜合性能。同時，由于本發(fā)明的UPS控制技術(shù)采用了查找二維模糊表的來進(jìn)行快速模糊補(bǔ)償，所以可以在價格比較低廉的CPU(如單片機(jī)、16位定點(diǎn)DSP)上得到實(shí)現(xiàn)，這樣可以有效地減低UPS系統(tǒng)的硬件成本，大大增強(qiáng)了中小容量在線式UPS的市場競爭力。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中


圖1是按照本發(fā)明的基于調(diào)制比的瞬時值PID控制方法及其控制的UPS的原理示意圖；圖2是實(shí)施按照本發(fā)明的基于調(diào)制比的瞬時值PID控制方法實(shí)施例的程序流程圖；如圖2所示，按照本發(fā)明提供的基于調(diào)制比的瞬時值PID控制方法，包括以下步驟1、調(diào)節(jié)調(diào)制比的瞬時值PID SPWM調(diào)制，得出逆變器的調(diào)節(jié)量U1；a、判斷一個工頻周期T是否結(jié)束(框601)如果一個工頻周期T已結(jié)束，則按步驟重新計(jì)算新工頻周期的調(diào)制比；如果一個工頻周期T未結(jié)束，則不需要更新調(diào)制比，直接跳至(框605)即對調(diào)制比進(jìn)行SPWM調(diào)制；b、計(jì)算輸出電壓誤差(框602)分別對反饋電壓Vo的瞬時值和參考電壓Vr的瞬時值取絕對值，再求出兩者之輸出電壓誤差e；c、線性PID調(diào)節(jié)(框603)對電壓誤差e進(jìn)行比例-積分-微分(PID)調(diào)節(jié)，計(jì)算出當(dāng)前工頻周期所需的調(diào)制比m；d、更新調(diào)制比m(框604)以當(dāng)前工頻周期所需的調(diào)制比代替上一個工頻周期的調(diào)制比；e、SPWM調(diào)制(框605)對調(diào)制比m進(jìn)行SPWM調(diào)制，得出逆變器的調(diào)節(jié)量U1；2、對輸出電壓誤差e1實(shí)行快速模糊補(bǔ)償，計(jì)算補(bǔ)償量U2；a、計(jì)算輸出電壓誤差e1和輸出電壓誤差變化率e1c(框611)將實(shí)時參考正弦波Vr和反饋的輸出電壓Vo相比較，計(jì)算出輸出電壓誤差e1，再對輸出電壓誤差e1求導(dǎo)，得出輸出電壓誤差變化率e1c。
b、二元模糊補(bǔ)償(框612)二元模糊補(bǔ)償是采用查找二元查找表的方法實(shí)現(xiàn)的，二元查找表中的一元代表輸出電壓誤差e1的數(shù)值范圍，另一個元代表輸出電壓誤差變化率e1c的數(shù)值范圍，所以根據(jù)輸出電壓誤差e1和輸出電壓誤差變化率e1c查找可以得出一個二元模糊補(bǔ)償量U2。
3、計(jì)算逆變器的控制量Vi(框630)將SPWM調(diào)制(框605)輸出的主要調(diào)節(jié)量U1和二元模糊補(bǔ)償(框612)輸出的補(bǔ)償量U2疊加，得到對逆變器的控制量Vi。
權(quán)利要求
1.一種基于調(diào)制比的瞬時值PID控制方法，其特征在于，將快速模糊補(bǔ)償和調(diào)節(jié)調(diào)制比的瞬時值PID SPWM技術(shù)相結(jié)合對逆變器進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，包括以下步驟計(jì)算輸出電壓誤差e，對輸出電壓誤差進(jìn)行線性PID調(diào)節(jié)和快速模糊補(bǔ)償，所述快速模糊補(bǔ)償?shù)妮敵龅难a(bǔ)償量U2和所述線性PID調(diào)節(jié)的輸出的主要調(diào)節(jié)量U1進(jìn)行疊加，將疊加出的量(U1+U2)作為控制量VI送到逆變器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述方法，其特征在于，包括以下步驟調(diào)節(jié)調(diào)制比的瞬時值PID SPWM調(diào)制，輸出調(diào)節(jié)量U1；對輸出電壓誤差e1實(shí)行快速模糊補(bǔ)償，計(jì)算出補(bǔ)償量U2；計(jì)算逆變器的控制量Vi將SPWM調(diào)制和快速模糊補(bǔ)償后輸出的主要調(diào)節(jié)量U1和補(bǔ)償量U2疊加，得到對逆變器的控制量Vi。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)調(diào)制比的瞬時值PID SPWM調(diào)制、輸出逆變器調(diào)節(jié)量U1的步驟包括以下步驟a、計(jì)算輸出電壓誤差分別對反饋電壓Vo的瞬時值和參考電壓Vr的瞬時值取絕對值，再求出兩者之輸出電壓誤差e；b、線性PID調(diào)節(jié)對輸出電壓誤差e進(jìn)行比例-積分-微分(PID)調(diào)節(jié)，計(jì)算出當(dāng)前工頻周期所需的調(diào)制比m；c、SPWM調(diào)制對調(diào)制比m進(jìn)行SPWM調(diào)制，得出逆變器的調(diào)節(jié)量U1。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述方法，其特征在于，所述對輸出電壓誤差e1實(shí)行快速模糊補(bǔ)償、計(jì)算補(bǔ)償量U2的步驟包括以下步驟a、計(jì)算輸出電壓誤差e1和輸出電壓誤差變化率e1c將實(shí)時參考正弦波Vr和反饋的輸出電壓Vo相比較，計(jì)算出輸出電壓誤差e1，再對輸出電壓誤差e1求導(dǎo)，得出輸出電壓誤差變化率e1c；b、二元模糊補(bǔ)償將輸出電壓誤差e1和輸出電壓誤差變化率e1c作為二元輸入?yún)?shù)，對輸出電壓誤差進(jìn)行二元模糊補(bǔ)償，其輸出為補(bǔ)償量U2。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述方法，其特征在于，所述二元模糊補(bǔ)償是采用查找二元查找表的方法實(shí)現(xiàn)的二元查找表中的一元代表輸出電壓誤差的數(shù)值范圍，另一個元代表輸出電壓誤差變化率的數(shù)值范圍，根據(jù)輸出電壓誤差和輸出電壓誤差變化率查找，可以得出一個二元模糊補(bǔ)償量U2。
7.一種不間斷電源，包括逆變器和逆變器，其特征在于所述逆變器控制器是一個結(jié)合調(diào)制調(diào)節(jié)比的瞬時值PID SPWM控制和快速模糊補(bǔ)償?shù)臄?shù)字控制裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述不間斷電源，其特征在于，所述數(shù)字控制裝置包括采樣器用于采樣參考正弦波電壓的瞬時值Vr的絕對值和反饋回輸入端的輸出電壓的瞬時值Vo的絕對值；減法器1用于將參考正弦波電壓的瞬時值Vr的絕對值和反饋回輸入端的輸出電壓的瞬時值Vo的絕對值相減產(chǎn)生輸出電壓誤差e線性PID控制器對所述減法器的輸出即輸出電壓誤差e進(jìn)行線性PID控制，產(chǎn)生當(dāng)前周期的調(diào)制比mSPWM調(diào)制器對PID器輸出的調(diào)制比m進(jìn)行SPWM調(diào)制，其輸出為主要調(diào)節(jié)量U1；快速模糊補(bǔ)償單元對PID器輸出的調(diào)制比M進(jìn)行快速模糊補(bǔ)償，其輸出為補(bǔ)償量U2；加法器用于將SPWM調(diào)制器輸出的主要調(diào)節(jié)量U1和快速模糊補(bǔ)償單元輸出的補(bǔ)償量U2相疊加，產(chǎn)生逆變器的控制量Vi。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的不間斷電源，其特征在于，所述快速模糊補(bǔ)償單元包括a、減法器2用于將實(shí)時參考正弦波Vr與輸出端反饋的輸出信號Vo相減，得出輸出電壓誤差e1；b、微分器用于對輸出電壓誤差e1進(jìn)行微分，輸出所述輸出電壓的變化率e1c；c、二維模糊補(bǔ)償器，用于根據(jù)輸入的輸出電壓誤差e1及輸出電壓誤差變化率e1c，產(chǎn)生模糊補(bǔ)償量U2。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述不間斷電源(UPS)，其特征在于，所述二維模糊補(bǔ)償器是一個二元查找表，其中的一元代表輸出電壓誤差E的數(shù)值范圍，另一個元代表輸出電壓誤差變化率EC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。
全文摘要
一種基于調(diào)制比的瞬時值PID控制方法及其控制的不間斷電源,將快速模糊補(bǔ)償和調(diào)節(jié)調(diào)制比的瞬時值PID SPWM技術(shù)相結(jié)合對逆變器進(jìn)行控制。其中,線性PID調(diào)節(jié)器的輸出作為逆變器的主要調(diào)節(jié)量,針對輸出電壓誤差構(gòu)建的快速模糊補(bǔ)償器提供的輸出作為補(bǔ)償量;兩者疊加后得出對逆變器的控制量,來實(shí)現(xiàn)對輸出電壓波形的實(shí)時控制,從而使低成本、高性能的UPS數(shù)字控制成為可能。
文檔編號H02M7/42GK1281290SQ0011716
公開日2001年1月24日 申請日期2000年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月9日
發(fā)明者孫文煥, 周黨生, 張?jiān)葡?申請人:深圳市華為電氣技術(shù)有限公司