模糊控制的逆变器仿真研究

胡 永

摘要:文章以电压型逆变电路作为被控对象,采用双闭环控制系统对其进行控制,以输出得到理想的正弦交流电压波形。用MATLAB进行仿真实验,结果证明了这种智能控制系统性能良好,是一个能达到满意控制效果的设计。

关键词:逆变器;模糊控制;MATLAB仿真

中图分类号:TP273文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)20-0030-02

模糊控制系统是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。模糊控制中的知识表示、模糊规则和合成推理是基于专家知识或操作者的成熟经验,是一种不需要被控对象的精确数学模型的具有较强鲁棒性和自适应性的智能控制技术,从而受到越来越多研究者的重视。将模糊控制技术应用于逆变器的控制器设计是提高系统性能的有效途径之一。

一、控制器的设计

随着闭环调节在逆变器中越来越广泛的应用,对其输出电压波形的要求也越来越高。高质量的输出波形有两方面的要求:稳态精度高和动态响应快。以经典控制理论为基础的控制方式很难获得系统的稳定边界,所以在外界扰动时很难得到理想的动态响应。为了解决上述问题,很多智能控制被应用到逆变器控制中。本系统主要采用的就是PI控制与模糊控制相结合的双闭环控制,其控制框图如图1所示:

(一)PI控制

目前,PI控制及其控制器或智能PI控制器(仪表)已经很多,产品已在工程实际中得到了广泛的应用。闭环控制系统的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出,形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈,若反馈信号与系统给定值信号相反,则称为负反馈,若极性相同,则称为正反馈。一般闭环控制系统均采用负反馈,又称负反馈控制系统。

(二)模糊控制

模糊控制是建立在人工经验基础之上的。对于一个熟练的操作人员,他往往凭借丰富的实践经验,采取适当的对策来巧妙地控制一个复杂过程。若能将这些熟练操作员的实践经验加以总结和描述,并用语言表达出来,就会得到一种定性的﹑不精确的控制规则。如果用模糊数学将其定量化,就转化为模糊控制算法,从而形成模糊控制理论。

(三)双闭环控制系统的设计

双闭环控制同时具备优异的动、静态特性,是一种高性能的逆变器控制方案。其主要不足是:电流内环为抵御非线性负载扰动,必须具备足够的带宽,这就对数字控制器的控制速度提出了更高的要求,实际系统中DSP的处理速度往往被用到极限。不过,随着控制芯片性能的提高和价格的下降,双闭环控制在实际产品中的大量应用是有可能的。双闭环控制系统的设计,分为两个步骤:(1)电流内环的设计,根据工程设计方法对电流内环进行设计;(2)电压外环的设计,借助于MATLAB/SIMULINK的模糊工具箱设计模糊逻辑控制器。

二、系统流程图

本文采用的是MATLAB仿真,考虑到不通过软件仿真,用实际实验的实现问题。我们就需要借助DSP编写程序,然后烧录到片子里,进行运行和调试。

(一)主电路程序流程图

主电路主要完成系统及变量的初始化﹑等待中断等任务。其设计流程图如图2所示。

(二)中断程序流程图

本程序采用一个周期寄存器中断,模糊和PI控制算法都通过该中断执行。中断程序流程图如图3所示。

三、系统仿真

本文采用MATLAB 7.4对控制系统进行了仿真研究。参数如下:

给定输入为220V,50Hz正弦电压,阻性负载下系统输出电压及电流波形如图4和图5所示:

综上所述,从图形分析可知:对于阻感负载系统具有良好的稳态精度和良好的抗干扰性。

四、结论

本文采用模糊控制器和PI控制器构成双闭环结构对逆变器进行控制,具有良好的稳态精度和动态性能。通过设计过程中的全部工作可以得出以下结论:

1.将模糊控制应用于逆变器系统,很好地实现了对系统电压外环的控制,提高了系统的响应速度,使系统在非理想负载时仍能实现良好的控制。

2.通过MATLAB仿真证实了控制方案在实现标准正弦波输出这一目标的可行性及良好的控制效果。

参考文献

[1]窦振中.模糊逻辑控制技术及其应用[M].北京:中国纺织出版社,2001.

[2]肖永利.张琛.位置伺服系统的一类非线性PI调节器设计[J].电气自动化,2000,22(1).

[3]王立新.模糊系统与模糊控制[M].北京:清华大学出版社,2003.

作者简介:胡永(1973-),男,重庆市电力公司产业发展部工程师,研究方向:电力产业及规划。