[发明专利]一种无反向电动势传感器的逆变器控制系统的控制方法

摘要

本发明一种无反向电动势传感器的逆变器控制系统及其控制方法，利用单相桥式逆变器、电流传感器、驱动器、观测器以及电线和信号线构建无反向电动势传感器的逆变器控制系统，将反向电动势信号作为未知的周期函数，构造逆变器的时变状态空间模型，基于该时变状态空间模型设计时变的勒贝格观测器，并结合电流传感器获取输出电流信息，对反向电动势进行重构，将重构得到的反向电动势引入逆变器控制器的电流模型预测控制算法，实现逆变器在无反向电动势传感器时输出电流信号的准确跟踪。

主权项

1.一种无反向电动势传感器的逆变器控制系统的控制方法，其特征在于:包括逆变器、电流传感器、反向电动势、观测器、控制器和驱动器，其中，逆变器一端输入直流电，另一端输出逆变后的交流电，交流线路上串接一个电流传感器，该电流传感器以一定的采样频率采样电流信号，并发送至观测器；观测器基于时变状态空间模型，利用采样电流信号重构反向电动势的电压值；将该电压值送至控制器，控制器基于电流模型预测控制算法产生控制信号,并将该控制信号发送至驱动器生成对应的高低电平，通过导线送往逆变器；所述的电流传感器以一定的采样频率采样电流信号，并将采样的电流信号发送至观测器进行观测；所述的观测器将采样的电流信号与待重构的反向电动势作为新的状态量，建立一个增广的状态空间模型：采样的电流信号记为i_l(t)，待重构的反向电动势信号记为U_s(t)，逆变器控制系统的动态过程的微分方程是其中i_l(t)′是采样的电流信号i_l(t)对时间的导数，U_dc是直流电源电压，L、R是系统集成的电感和电阻，S表示控制信号，其取值范围为{‑1,0,1}，S＝1表示直流电压直接输入，S＝0表示直流电压不输出，S＝‑1表示直流电压反向输出；考虑到稳态工况下反向电动势信号为正弦函数，其频率为电网电压50Hz，U_s(t)可以分解为幅值分别为A和B的标准正弦余弦函之和：U_s(t)＝Asin(ωt)+Bcos(ωt)     (2)其中，角频率ω＝2πf，f＝50Hz，A和B是常数，通过观测器观测出参数A和B的值，就可以计算出U_s(t)，即可实现对反向电动势U_s(t)的重构，将参数A和B代入公式(1)，即可得到逆变器控制系统增广矩阵形式的新的状态空间模型，该状态空间模型为线性时变模型，即将i_l(t)定义为x₁，A和B作为新的变量x₂、x₃，将公式(1)拓展为增广矩阵形式的状态空间模型如下所示：其中，表示向量x的导数，y是输出电流；针对公式(3)设计一个时变的勒贝格观测器，并证明该勒贝格观测器的有效性，实现对上述参数A和B的在线观测，从而重构出反向电动势U_s(t)，该勒贝格观测器的设计基于李雅普诺夫函数，并采用拉塞尔不变集原理保证勒贝格观测器的收敛性；将得到的反向电动势U_s(t)送至控制器，结合采样的电流信号i_l(t)代入公式(8)求解以下最优问题,产生控制信号S，将该控制信号S发送至驱动器生成对应的高低电平，通过导线送往逆变器，使负载电流i_l(t)跟踪上设定的正弦期望电流：其中，期望电流为i_l*(t)，第k+1次采样时刻的值记为i_l*(k+1)，Ts为计算周期。