1引言

閉環(huán)調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制（PWM）的逆變電源在各種類型的交流供電系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用,，例如：不間斷電源（UPS）,，電壓調(diào)節(jié)器（AVR），可編程交流電源（PAS）等,。在這些系統(tǒng)中,，要求能在瞬時或周期性的負載變動下，輸出低諧波含量的波形,。許多研究方案利用瞬時反饋控制技術(shù),，如：瞬時電壓電流跟蹤法[1]、無差拍控制法[2][3],、狀態(tài)反饋控制法[4],，獲得了較好的動態(tài)響應(yīng),。但是這類方法只能使系統(tǒng)對于瞬時的負載變化有較好的調(diào)節(jié)能力，而對周期性的負載變動所產(chǎn)生的周期性諧波抑制能力則很差,。因此,，這類系統(tǒng)對于非線性負載，如整流性負載,，其輸出總諧波含量仍然很高,。另外，上述幾種瞬時反饋控制的方法,，從自身控制原理上講仍存在不足之處,，也妨礙了它們的進一步推廣應(yīng)用。其中,，瞬時電壓電流跟蹤法,，即所謂兩態(tài)（或三態(tài)）滯環(huán)控制（Delta－PWM），電路的開關(guān)頻率較高,，且隨精度要求的提高而提高,，而且開關(guān)頻率隨其跟隨的輸出幅值變化而變化，諧波成分隨機分布,，輸出頻譜的分析較為困難,，也不利于輸出濾波器的設(shè)計[5]。狀態(tài)反饋控制的設(shè)計基于系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型,，并要求狀態(tài)反饋增益進行優(yōu)化設(shè)計以增加系統(tǒng)的魯棒性,，而這兩方面的誤差都可能很大，從而降低了系統(tǒng)的性能,。至于無差拍控制,，由于其原理是基于電路計算的方法，因而對電路中元件參數(shù)的變化非常敏感,，這對于負載經(jīng)常變動的應(yīng)用場合更不適用,。雖然有的文獻也提出了改進的方案，如添加負載參數(shù)辨識器[3],，但效果仍然不理想,。

PWM逆變電源性能的好壞最終取決于控制策略的優(yōu)劣。自適應(yīng)控制作為一種現(xiàn)代控制的方法,，適用于系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型未知,，或者運行過程中會發(fā)生變化的情況，這無疑為解決逆變電源因負載變化而產(chǎn)生波形畸變的問題提供了一條思路,。筆者正在基于DSP和單片機196的硬件基礎(chǔ)上對該種自適應(yīng)逆變電源進行深入的研究,，它能自動地消除由于未知的負載周期性擾動所產(chǎn)生的交流周期畸變，大大提高了電源的品質(zhì),。

2工作原理

見圖1,，在該系統(tǒng)中,，將逆變橋、LC濾波器及整流性RC負載的整體作為系統(tǒng)的控制對象,。其中,，Ud

圖1自適應(yīng)PWM逆變電源硬件結(jié)構(gòu)圖

為直流電源電壓，g1,，g2,，g3，g4為功率管開關(guān)信號,，U1,，U2分別為電流、電壓反饋信號,。該自適應(yīng)控制方案由圖2表示。

其中：r(k)—參考信號,；

y(k)—系統(tǒng)輸出,；

e(k)—誤差信號；

Q(z－1),、S(k,z－1)—輔助補償器,；

rc(k)—經(jīng)補償后的參考信號；

P(k,z－1)—系統(tǒng)受控對象的閉環(huán)傳遞函數(shù),。

該控制系統(tǒng)主要包括兩個部分：其一為離散重復(fù)控制器,，另一為自適應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)器。它們的工作原理如下：

（1）離散重復(fù)控制器

重復(fù)控制是指能消除所有包含在穩(wěn)定閉環(huán)內(nèi)的周期性誤差的控制方案,，如圖3所示,。

其中，P（z－1）代表被控對象的傳函,，d(k)為干擾信號,，其余信號的定義與圖2中相同。

由圖可得：E(z－1)和D(z－1)為e(k),，d(k)的Z變換,，若d(k)是一個周期為N的擾動，則其Fourier變換為|Cn|代表Fourier系數(shù)

而傳函在頻域內(nèi)可表示為若Q(z－1)=1且P(z－1)是穩(wěn)定的,，則

|H(jω)|=0（ω=2nπ/N,，n=0，…,，N－1）

這表明這些周期性誤差能被重復(fù)控制器所消除,，在這種情況下就能獲得無誤差的跟隨。但是,，這就要求有很強的穩(wěn)定度,。在實際應(yīng)用中,，可以減弱這一條件，如令：

|H(jω)|<μ (jω ) （ ω="2nπ" /N,， n="0,，" ...， N－ 1）

這里μ(jω)為周期性誤差的允許范圍,。

（2）自適應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)器

在重復(fù)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上添加自適應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)器,，就構(gòu)成自適應(yīng)重復(fù)控制系統(tǒng)。自適應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)器從本質(zhì)上講是一種算法,，它使系統(tǒng)具有自適應(yīng)能力,，能根據(jù)實際的系統(tǒng)特性調(diào)整控制參數(shù)，以達到所期望的性能指標(biāo),。在本系統(tǒng)中,，自適應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)器利用遞推最小二乘算法（RLSE），實時辨識系統(tǒng)受控對象的結(jié)構(gòu)參數(shù),，從而依據(jù)期望的性能指標(biāo)對離散重復(fù)控制器的參數(shù)進行調(diào)節(jié),。

如圖2，在本控制方案中,，首先構(gòu)成以圖1中信號U1,，U2為反饋的閉環(huán)，將該閉環(huán)的傳函記為P(z－1),，并近似認為其為二階時變結(jié)構(gòu),，即

圖2自適應(yīng)重復(fù)控制系統(tǒng)控制框圖

式中a1，a2為時變參數(shù),，其控制思想是：首先由自適應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)器在線地辨識系統(tǒng)受控對象的結(jié)構(gòu)參數(shù)a1(k),，a2(k)，然后根據(jù)辨識結(jié)果調(diào)節(jié)輔助補償器S(k,z－1)的參數(shù),，以得到適應(yīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的控制規(guī)律,，從而使y（k）跟隨r（k）。由于辨識是實時的,，就能使系統(tǒng)總能根據(jù)實際的運行條件進行控制,，從而可以提高控制的精度，這也就實現(xiàn)了自適應(yīng)的思想,。

圖3重復(fù)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3實驗與效果

根據(jù)文獻[6]該方案已在2kVA,，輸出100VAC，60Hz的逆變器上得以實現(xiàn)并取得了良好的效果,。

（1）對于峰值系數(shù)為3的整流性負載,，相同條件下采用狀態(tài)反饋控制，得到輸出電壓THD值為8％,，而采用自適應(yīng)控制后THD值能在0.2s內(nèi)降低為1％[6],；兩種方案下的輸出波形比較如圖4所示,。

（2）該方案有效地消除了由于周期性的未知的系統(tǒng)特性參數(shù)變化（包括負載參數(shù)、元器件參數(shù)）而對系統(tǒng)輸出造成的影響,。

圖4兩種控制方案的輸出波形

(a)狀態(tài)反饋控制方案（b)自適應(yīng)控制方案

（3）與其它控制方案相比,，該方案不但具有較快的誤差收斂速度，而且還確保了系統(tǒng)在大的負載擾動下的穩(wěn)定性

（4）與無差拍控制方法中應(yīng)用的負載參數(shù)辨識相比,，該方案辨識的是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù),，

即是總體考慮，而不僅僅從局部上著眼,，因此更為先進,，更利于應(yīng)用。

（5）該方案更為有利的是,，在設(shè)計時不必知道PWM逆變電源系統(tǒng)確切的數(shù)學(xué)模型,，而只需在應(yīng)用中用實時辨識的模型代替。這就提供了一條途徑,，使得自適應(yīng)控制方法能直接應(yīng)用于傳統(tǒng)的模擬控制的PWM逆變電源中,，進而有效地提高其輸出的質(zhì)量。

總的來說,，本文所介紹的這種PWM逆變電源的自適應(yīng)控制方法具有其獨特的優(yōu)點，是一種新穎的方法,，解決了一些實際問題,。當(dāng)然，作為一種新型的控制方法,，它肯定還有不少需要完善的地方,。由于自適應(yīng)控制畢竟是一種非線性控制方案，其設(shè)計自然要比常規(guī)反饋控制復(fù)雜得多,，系統(tǒng)建模及穩(wěn)定性分析也非常困難,。筆者正在作進一步的研究工作，以盡快使其實用化,。