[发明专利]基于负载辨识的比例积分微分控制方法及其不间断电源

说明书

本发明涉及电源数字控制技术，具体涉及一种基于负载辨识的比例积分微分(PID)控制方法及其控制的UPS(不间断电源)。

目前市场上的UPS产品，受数字控制技术的限制，其逆变部分的控制方法绝大多数采取模拟方式，分有效值调节和瞬时值调节。然而，就控制方式的发展方向来看，通常采用数字控制方法，由于数字控制方法能灵活地改善系统的静、动态性能指标，显著地增强系统的工作稳定性和可靠性，且可降低其硬件成本和生产成本，缩短产品开发周期，扩大产品优化空间。但就目前产品和文献中来看，现有的数字控制方法，采用数字化控制的UPS大多必须采用速度快、功能强的CPU芯片(如32位DSP)，以减小数字电路存在一些不可避免的时间延迟(如采样延迟、计算延迟、调制延迟等)对波形整形的影响。这样，由于硬件成本的限制，使得采用数字控制方法的直流/交流逆变器难以在实际UPS产品中得到广泛应用。

本发明的目的在于提供一种UPS的数字控制方法，利用这种数字控制方法的UPS，可以用较低成本的微处理器制造性能较好的逆变器，成本低、可靠性高。

本发明的另一目的在于提供一种应用上述数字控制方法的UPS，其具有成本低、可靠性高的优点。

实现本发明的目的基于这样的认识：当UPS带线性负载时，若采用PID控制器，则PID控制器的比例调节器参数Kp不能太大，否则由于微处理器的限制，输出电压波形就容易抖动；当UPS带非线性负载时，若采用PID控制器，则PID控制器的比例调节器参数Kp不能太小，否则输出电压波形的失真度就不能达标(THD＜5％)。为了使控制器能同时兼容两种负载，有必要对负载类型进行辨识。由于当UPS带线性负载和非线性负载时，最明显的区别在于其输出的负载电流上，因此，可以构造一种基于负载辨识的PID控制方法，首先根据UPS负载电流来识别所带负载类型，然后依据不同负载类型调整PID的比例调节器参数Kp，实现对逆变器的输出电压波形的整形，具体地说，按照本发明提供的控制方法，包括以下步骤：

计算在一个工频周期T内大电流采样点数Count的值；

根据不同的负载电流情况，识别出UPS负载类型，即对大电流采样点数Count与参照值A进行大小比较来识别UPS负载类型；

根据识别出的UPS负载类型，调整PID的比例调节器参数Kp；

计算逆变器的控制量Vi：以Kp作为PID的比例调节器参数，对计算输出电压误差E进行PID调节，得出对逆变器的控制量Vi。

在按照本发明提供的方法中，所述根据不同的负载电流情况，对UPS所带负载进行区分即对大电流采样点数Count与参照值A进行大小比较，包括以下步骤：

如果一个工频周期的Count＞A，则计数器N＝N+1；

如果一个工频周期的Count＜＝A，则UPS所带负载为线性负载；

如果持续B个工频周期，每个工频周期的大电流采样点数Count都大于A即计数器N＞＝B，则UPS所带负载为非线性负载。

以上涉及的参数A、B、X可根据具体实验确定，其中，B可以选择为3。

在本发明提供的方法中，上述计算一个工频周期T的大电流采样点数Count的值，包括以下步骤：

采样负载电流有效值Irms作为判断出现大电流采样点的参照值；

每一中断周期采样一次负载电流，并取其绝对值Iout；

比较Iout和Irms：如果Iout＞X*Irms，则认为负载电流出现了一个大电流采样点，大电流采样点数Count＝Count＋1。

上述的根据UPS所带负载类型不同，调整比例调节器参数Kp，具体步骤如下：

如果UPS所带负载为线性负载，PID的比例调节器参数Kp取较小值；

如果UPS所带负载为非线性负载，PID的比例调节器参数Kp取较大值。

本发明的另一目的是这样实现的，构造一种采用PID数字控制的UPS，这种UPS中的逆变器采用了基于负载辨识控制的PID控制器来控制输出电压波形，它包括：

减法器：用于将参考电压Vref和输出电压Vo相减产生输出电压误差E；

负载识别单元：根据不同负载的负载电流的不同，对UPS所带负载进行区分，并根据负载类型不同，调整输出的PID控制器的参数Kp；

线性PID控制器：将负载识别单元输出的Kp作为PID的比例调节器参数，对输入的输出电压误差E进行线性PID控制，产生逆变器的控制量Vi。

在按照本发明提供的UPS中，上述负载识别单元包括：

采样器：用于采样负载电流的有效值Irms，作为判断出现大电流采样点的参照值；