[发明专利]一种单相逆变器实用稳定控制方法

说明书

本发明提出一种单相逆变器实用稳定控制方法，控制器基于PWM控制下，通过构建离散的无源Lyapunov函数，得到渐进稳定的离散系统，消除切换速率受限的问题；引入端点等价的方法，消除输入有限集的约束，通过求解端点等式，推导出实用稳定性的逆变器电流跟踪控制律，并且推导说明了等面积原理下的PWM意味着实用稳定性。本发明考虑了切换过程，比PWM方法更加精确；所提供的方法在传统稳定性控制和输入有限集控制之间搭建了桥梁，为传统无输入受限系统的控制方法直接移植到输入受限系统提供了支撑。本发明在实用稳定性概念下，实现单相逆变器输出电流的高精度跟踪控制，能确保逆变器电流跟踪可行，并且跟踪误差是收敛的。

技术领域

本发明属于变流器控制领域，具体涉及一种确保单相逆变器电路实用稳定的控制方法。

背景技术

通过控制开关元件的通断，逆变器能将电流从直流变成交流。现阶段，逆变器在工业领域得到了广泛应用，如光伏并网系统以及交流电机驱动系统等。不稳定的逆变器控制方法会导致逆变失败，轻则影响系统性能，严重的甚至会导致开关元件击穿，威胁生产和生活安全。

主要的逆变器控制方法包括比例积分控制(PI)、滑模控制、模型预测控制(MPC)以及智能控制等，这些方法从不同的角度实现逆变器电流的跟踪控制或改善了控制效果。PI以及滑模控制等基于平均值模型的方法在控制器的设计过程中并没有考虑逆变器的输入状态为有限集，开关元件切换对逆变器稳定性的影响并未考虑。智能控制等方法在实验上是可行的，但是一方面实现过程太复杂，另一方面智能算法的稳定性在理论上还有待进一步的研究，离实际使用还有一定的距离。逆变器的MPC控制有考虑输入有限集和开关元件切换速率两个约束，但是其控制算法是通过求解最优问题得到的，不能保证稳定性。为了将稳定性引入MPC，Aguilera R P等人于2011年在Proceeding of Workshop PredictiveControl Electrical Drives Power Electronics上发表文章《On stability andperformance of finite control set MPC for power converters》，实现了确保稳定的逆变器MPC控制。其方法将Lyapunov函数作为MPC的代价函数，降低了MPC的灵活性，实用性差。因此，有必要设计一种实用性更强的逆变器稳定控制方法。

发明内容

本发明通过引入端点等价方程，将输入有限集切换速率受限的逆变器稳定控制问题转化为离散时间稳定控制问题，通过求解该问题，实现了一种逻辑简单、易于实现的单相逆变器实用稳定控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种单相逆变器实用稳定控制方法，包括：

步骤1，构建单相逆变器控制系统；所述控制系统包括逆变器、驱动器、直流电源电压、控制器及电流传感器；所述控制器的一输入端外接直流电源电压，其输出端输出控制信号至驱动器驱动开关器件动作；所述逆变器的输入端与所述驱动器输出相连接，其输出端输出逆变后的交变电流连接至RL感性负载，并串联电流传感器；电流传感器实时采集电流信号，以固定的采样频率，将电流信号发送至控制器中，进行跟踪控制；

步骤2，基于所述控制系统构建系统模型；按照电路的物理特性，构造基于无源性的Lyapunov函数；将采集的电流信号及控制电压利用欧拉前项差分，得到离散控制模型；

步骤3，基于所述控制系统和所述系统模型，考虑输入有限集的约束，按照端点等价方法，通过求解端点等式得到占空比，推导出实用稳定性的控制律；将得到的控制律应用到逆变器电流跟踪控制中，使负载电流信号跟踪设定的参考跟踪电流，实现逆变器电流的稳定跟踪。

优选的，构造的Lyapunov函数如下：