專利名稱：直接調(diào)節(jié)脈寬的瞬時值比例積分微分控制方法及其不間斷電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字電源技術(shù)，具體涉及全數(shù)字化不間斷電源的一種數(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，涉及一種模糊補償?shù)闹苯诱{(diào)節(jié)脈寬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，顯著地增強系統(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，擴大產(chǎn)品優(yōu)化空間。但是就目前產(chǎn)品和文獻中現(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。
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，具有成本低、性能可靠的優(yōu)點。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，構(gòu)造一種模糊補償?shù)闹苯诱{(diào)節(jié)脈寬的瞬時值PID控制方法，其特征在于，包括以下步驟計算輸出電壓誤差e，分別對輸出電壓誤差e進行線性PID調(diào)節(jié)和快速模糊補償，將線性PID調(diào)節(jié)輸出的主要調(diào)節(jié)量U1和快速模糊補償輸出的補償量U2疊加后得出對逆變器的控制量Vi，用控制量Vi實現(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、對輸出電壓誤差e進行線性PID調(diào)節(jié)，輸出為調(diào)節(jié)量U1a、計算輸出電壓誤差e將逆變器交流輸出信號脈寬的瞬時值Vo與參考正弦波脈寬的瞬時值Vr進行相減；b、線性PID調(diào)節(jié)對輸出電壓誤差e進行線性PID調(diào)節(jié)。輸出為調(diào)節(jié)量U1。
2、對輸出電壓誤差e進行快速模糊補償，輸出為補償量U2a、計算輸出電壓誤差變化率ec對輸出電壓誤差e求導(dǎo)，得出輸出電壓誤差變化率ec。
b、二元模糊補償將輸出電壓誤差e和輸出電壓誤差變化率ec作為二元輸入?yún)?shù)，對輸出電壓誤差進行二元模糊補償，其輸出為補償量U2。
3、計算逆變器的控制量Vi將對輸出電壓誤差e進行線性PID調(diào)節(jié)和快速模糊補償輸出的主要調(diào)節(jié)量U1和補償量U2疊加，得到對逆變器的控制量Vi。
上述UPS的數(shù)字方法中，二元模糊補償均可采用查找二元查找表的方法實現(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償量U2。
本發(fā)明的另一個目的是這樣實現(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模糊補償?shù)闹苯诱{(diào)節(jié)脈寬的瞬時值PID控制器，它包括減法器用于產(chǎn)生逆變器輸出電壓脈寬的瞬時值Vo與輸入?yún)⒖颊也妷好}寬的瞬時值Vr之差的輸出電壓誤差e；線性PID控制器用于對輸入的輸出電壓誤差e進行線性PID控制，產(chǎn)生主要調(diào)節(jié)量U1；微分器用于對輸入的輸出電壓誤差e進行微分，產(chǎn)生輸出電壓的變化率ec；二維模糊補償器用于根據(jù)輸出電壓誤差E及輸出電壓誤差變化率ec，產(chǎn)生模糊補償量U2；加法器用于將所述二維模糊補償器產(chǎn)生的模糊補償補償量U2與所述線性PID控制器的主要調(diào)節(jié)量U1進行疊加，并將疊加后的控制量Vi輸入到逆變器輸入端。
上述UPS逆變器中的二維模糊補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償數(shù)據(jù)量。
實施本發(fā)明的直接調(diào)節(jié)脈寬的瞬時值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，而模糊補償器具有較強的實時補償能力，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)的額定整流性負載(如計算機用開關(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行快速模糊補償，所以可以在價格比較低廉的CPU(如單片機、16位定點DSP)上得到實現(xiàn)，這樣可以有效地減低UPS系統(tǒng)的硬件成本，大大增強了中小容量在線式UPS的市場競爭力。
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
，對本發(fā)明作進一步說明，附圖中

圖1是按照本發(fā)明的采用直接調(diào)節(jié)脈寬PID和快速模糊補償?shù)目刂品椒ǖ脑硎疽鈭D；圖2是實施按照本發(fā)明的直接調(diào)節(jié)脈寬的瞬時值PID控制方法實施例的程序流程圖。
如圖2所示采取直接調(diào)節(jié)脈寬的瞬時值PID+快速模糊補償方式UPS數(shù)字控制方法，包括以下步驟1、計算輸出電壓誤差e(框500)將逆變器交流輸出電壓脈寬的瞬時值Vo與參考正弦波脈寬的瞬時值Vr進行相減；2、線性PID調(diào)節(jié)(框511)對輸出電壓誤差e進行線性PID調(diào)節(jié)，輸出為調(diào)節(jié)量U1。
3、對輸出電壓誤差e進行快速模糊補償，輸出為補償量U2a、計算輸出電壓誤差變化率ec(框521)對輸出電壓誤差e求導(dǎo)，得出輸出電壓誤差變化率ec。
b、二元模糊補償(框522)二元模糊補償是采用查找二元查找表的方法實現(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，所以根據(jù)輸出電壓誤差e和輸出電壓誤差變化率ec查找可以得出一個二元模糊補償量U2。
4、計算逆變器的控制量Vi(框530)將線性PID調(diào)節(jié)(框511)輸出的主要調(diào)節(jié)量U1和二元模糊補償(框522)輸出的補償量U2疊加，得到對逆變器的控制量Vi。
權(quán)利要求
1.一種直接調(diào)節(jié)脈寬的瞬時值PID控制方法，其特征在于，將直接調(diào)節(jié)脈寬的瞬時值PID控制和快速模糊補償相結(jié)合對逆變器進行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述控制方法，其特征在于，包括以下步驟計算輸出電壓誤差e，對輸出電壓誤差進行線性PID調(diào)節(jié)和快速模糊補償，所述快速模糊補償?shù)妮敵龅难a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所述控制方法，其特征在于，包括以下步驟直接調(diào)節(jié)脈寬的瞬時值PID調(diào)制，輸出調(diào)節(jié)量U1對輸出電壓進行快速模糊補償，輸出補償量U2計算逆變器的控制量Vi將對輸出電壓誤差e進行線性PID調(diào)節(jié)和快速模糊補償輸出的主要調(diào)節(jié)量U1和補償量U2疊加，得到對逆變器的控制量Vi。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述控制方法，其特征在于，所述直接調(diào)節(jié)脈寬的瞬時值PID調(diào)制、輸出調(diào)節(jié)量U1的步驟包括以下步驟a、計算輸出電壓誤差e將逆變器交流輸出信號脈寬的瞬時值Vo與參考正弦波脈寬的瞬時值Vr進行相減；b、線性PID調(diào)節(jié)對輸出電壓誤差e進行線性PID調(diào)節(jié)。輸出為調(diào)節(jié)量U1。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述控制方法，其特征在于，所述對輸出電壓進行快速模糊補償、輸出補償量U2的步驟包括以下步驟a、計算輸出電壓誤差變化率ec對輸出電壓誤差e求導(dǎo)，得出輸出電壓誤差變化率ec；b、二元模糊補償將輸出電壓誤差e和輸出電壓誤差變化率ec作為二元輸入?yún)?shù)，對輸出電壓誤差進行二元模糊補償，其輸出為補償量U2。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述控制方法，其特征在于，所述二元模糊補償是采用查找二元查找表的方法實現(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償量U2。
7.一種不間斷電源，包括逆變器和逆變器控制器，其特征在于所述逆變器控制器是一個帶模糊補償?shù)闹苯诱{(diào)節(jié)脈寬的瞬時值PID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，所述帶模糊補償?shù)闹苯诱{(diào)節(jié)脈寬的瞬時值PID控制裝置包括減法器用于產(chǎn)生逆變器輸出電壓脈寬的瞬時值Vo與輸入?yún)⒖颊也妷好}寬的瞬時值Vr之差的輸出電壓誤差e；線性PID控制器用于對輸入的輸出電壓誤差e進行線性PID控制，產(chǎn)生主要調(diào)節(jié)量U1；微分器用于對輸入的輸出電壓誤差e進行微分，產(chǎn)生輸出電壓的變化率ec；二維模糊補償器用于根據(jù)輸出電壓誤差E及輸出電壓誤差變化率ec，產(chǎn)生模糊補償量U2；加法器用于將所述二維模糊補償器產(chǎn)生的模糊補償補償量U2與所述線性PID控制器的主要調(diào)節(jié)量U1進行疊加合成，并將疊加合成后的控制量Vi輸入到逆變器輸入端。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述不間斷電源(UPS)，其特征在于，所述二維模糊補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償數(shù)據(jù)量。
全文摘要
一種直接調(diào)節(jié)脈寬的瞬時值PID控制方法及其控制的不間斷電源,將直接調(diào)節(jié)脈寬的瞬時值PID控制方法和快速模糊補償結(jié)合對逆變器進行控制:設(shè)計了一個線性PID調(diào)節(jié)器,其輸出作為逆變器的主要調(diào)節(jié)量,提供逆變器的基本工作點;而針對輸出電壓誤差的快速模糊補償器的輸出作為補償量;將兩者疊加后得出對逆變器的控制量,來實現(xiàn)對輸出電壓波形的實時控制,從而低成本、高性能的UPS數(shù)字控制成為可能。
文檔編號H02M7/42GK1281291SQ0011716
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, 張云祥 申請人:深圳市華為電氣技術(shù)有限公司