輸出電壓能夠快速跟蹤目標值是驗證單相逆變電源的重要標準，這要求逆變電源具有良好的靜態(tài)響應和快速的動態(tài)響應，當負載頻繁變化時表現(xiàn)出較硬的輸出外特性，魯棒性好。針對單相逆變電源控制研究，主要有比例積分（PI）控制、比例諧振（PR）控制、重復控制、無差拍控制和矢量控制。

對于直流輸入信號，PI控制可以做到無靜差跟蹤，且具有控制結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)響應較快以及魯棒性好等特點，在電氣工程領(lǐng)域得到廣泛應用。但是，對于交流輸入信號，由于系統(tǒng)帶寬受限，傳統(tǒng)的PI控制器無法做到無穩(wěn)態(tài)誤差跟蹤。PR控制可以對某一特定頻率正弦交流信號進行無穩(wěn)態(tài)誤差跟蹤。但是由于PR需離散化處理，所以對微控制器的運算精度要求高，同時PR動態(tài)性能不如PI控制。

重復控制方案雖然可消除幅值和相位的穩(wěn)態(tài)誤差，但控制上有一個輸出周期的延遲、動態(tài)響應欠佳，并且控制器的設計復雜。無差拍控制有著良好的動態(tài)性能，無超調(diào)現(xiàn)象，但是其控制特性受系統(tǒng)參數(shù)變化的影響較大，魯棒性較差，不利于對輸出電壓的控制。

目前，矢量控制方案是高性能逆變電源的發(fā)展方向之一。矢量控制技術(shù)利用虛擬軸產(chǎn)生一個與原系統(tǒng)垂直的物理量，這樣，可以合成矢量，進而采用傳統(tǒng)PI調(diào)節(jié)器實現(xiàn)對交流信號的無靜差跟蹤控制。然而，這些矢量控制中，多采用電壓電流雙閉環(huán)方法，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，不僅需要檢測電壓，還需要檢測電流，且檢測電壓、電流的準確度與系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)解耦至關(guān)重要，實際應用中，這些參數(shù)往往做不到準確已知，控制效果會很不理想。

針對以上控制方法的不足之處，本文針對單相逆變電源系統(tǒng)提出一種基于三相延拓等效電路與虛擬電路的矢量控制方法，由逆變電源輸出電壓延拓出另兩相電壓，將其合成電壓矢量。

本文提出的電壓雙閉環(huán)矢量控制，只需對輸出電壓進行反饋控制無需涉及電流，這樣不僅能達到好的控制效果，還能降低系統(tǒng)的硬件復雜性。電壓外環(huán)對矢量在dq坐標系下進行閉環(huán)控制，實現(xiàn)輸出電壓在穩(wěn)態(tài)時無偏差地跟蹤目標值；電壓內(nèi)環(huán)通過設計虛擬電路改變系統(tǒng)電感值來實現(xiàn)近似解耦及提高系統(tǒng)的動態(tài)響應。通過在PLECS中搭建仿真模型，證明本文設計的控制系統(tǒng)能滿足系統(tǒng)的輸出要求。

圖18 實驗平臺

總結(jié)

本文以單相全橋逆變器作為研究對象，提出了單相逆變電源的電壓雙閉環(huán)矢量控制方法。給出三相延拓的方法，將單相逆變電路放到三相等效電路中分析，可將三相電路的矢量控制方法應用到單相電路中去。電壓外環(huán)控制是將合成的電壓矢量，在dq坐標系下進行閉環(huán)控制；電壓內(nèi)環(huán)控制是通過在系統(tǒng)前端串聯(lián)控制器來實現(xiàn)近似解耦并提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應。

本文采用的電壓雙閉環(huán)控制方法，與傳統(tǒng)電壓電流雙閉環(huán)的方法相比，本文采用的控制方法只需要對輸出電壓進行反饋控制，并不需要對電路中的電流進行反饋控制，這樣硬件系統(tǒng)只需要電壓傳感器及相應檢測電路和簡單的過電流保護電路即可，從而降低了硬件系統(tǒng)的復雜性。

此外，系統(tǒng)仿真和實驗結(jié)果表明，本文采用的控制方法有效，通過對單相逆變電源的電壓雙閉環(huán)控制，提高了電源的輸出準確度以及響應速度。