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不同操作模式下调节所建议 UPS 不同部分的控制方案

2024-07-17

　　控制策略

　　显示了在不同操作模式下调节所建议 UPS 不同部分的控制方案。逆变器和升压转换器的控制方案在正常和电池供电模式下均保持运行。另一方面，对于单级转换器，控制方案仅在正常操作模式下运行，以便为电池充电以及为升压转换器供电。

　　逆变器控制

　　传统的全桥电压源逆变器已用于执行直流到交流的转换。SM 控制因其在非线性负载条件下的出色性能而闻名。SMC 还具有操作稳定性，并且易于在全桥逆变器中实现。为了控制逆变器的输出电压，提出了 SMC 和 PR 的级联控制算法来控制逆变器。内部电流环由 SM 控制控制，而外部电压环由 PR 控制控制。窄边界层中的平滑控制律已用于消除抖动 SMC 现象。平滑控制律应用于脉冲宽度调制器，从而使逆变器的开关频率固定。因此，所提出的控制器采用了 SMC 和 PR 控制的特性。

　　滑模控制器具有抖动这一共同的固有特性。抖动会影响控制精度并降低电路效率。为了克服抖动，已经实施了平滑的 SM 控制。这可以通过平滑滑动表面附近薄边界层中的控制不连续性来实现：

　　因此，公式 显示了 SM 和 PR 补偿器控制中的动态行为。电压环路中的误差由适当的 PR 参数补偿，因此，输出电压被迫跟随参考交流电压，从而导致系统稳定，而 SMC 则以最大稳定性将系统驱动至零滑动面。由于电容器误差电流包含来自电感器的纹波，电流峰值可能达到高值，因此∅∅应仔细指定一个值，以补偿电容器高电流纹波引起的斜率。因此，PR 控制器消除了谐振频率或该频率谐波的稳态误差。系统的响应时间𝜆决定了系统的动态性能和鲁棒性。从公式(29)可以清楚地看出，𝜆导致响应时间变慢，而更高的𝜆值虽然增加了响应时间，但需要更长的时间才能到达滑动面。

　　电池充电器控制

　　UPS 系统的 AC-DC 转换器充当电池充电器，如图5所示。在此控制方案中，较快的内部电流环路调节电感器电流，使其每个周期的平均值跟随整流输入电压。较慢的外部电压环路将电池电压维持在接近参考电压的位置，并生成电流环路的控制信号。AC-DC 转换器的稳态分析表明，在电网模式下，其性能稳定。整流器的状态空间方程推导如下：

　　电流环路的稳定性取决于电流环路增益，因此需要合适的比例积分 (PI) 控制器𝐺𝑖( 𝑠 ) =𝑘𝑝 𝑖+𝑘𝑖 𝑖𝑠，用于补偿电流环路。电流环路增益的波特图𝑇𝑖=𝐺𝑖𝐿𝑑( 𝑠 ) ·𝐺𝑖(𝑠 )考虑到表4所示的电路参数，得出了电流环路的增益。为了保证电流环路的稳定工作，比例增益K pi和积分增益K ii的值分别选择为2.3和1200.图6a给出了相位裕度为89°的电流环路增益和整流器稳定工作的波特图。

 

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