SPWM波控制逆变器双闭环PID调节器的建模与仿真

图5 单相逆变器主拓扑结构图

其中，B1、B2、B3、B4分别代表四相SPWM波形驱动波形，+BUS、0分别表示图1中的Ud/2和N,C1和C2之间的电压即位图1中的U1。3.2 负载电路建模

负载分为阻性载和整流载，为了更好的验证PID调节器的性能，在此假定整流载和阻性载同时存在，然后中间用开关来控制所带的负载特性。负载建模如图6所示。

图6 负载(阻性载和整流载可选)

当手动开关位于1时，负载特性为整流载。反之，当手动开关位于0时，负载特性为阻性载。图6中，D1为开关信号，D2、D3为连接到输出端的连接端口。

3.3 闭环控制电路以及输出电路建模

闭环控制电路的模型如图7所示。图7中；模拟示波器1中的1端口为输出端C1和C2未经过电容滤波而得到的输出电压，2端口为输出端C1和C2经过电容滤波后得到的输出电压，3端口为输出电压经过一个增益器之后所得到的对应的输出电压，4端口为系统输出电流，5端口为控制负载特性选择的开关信号。仿真波形如图8所示。

图7 闭环控制电路

图8 输出端口电压仿真波形根据图4提出的控制策略，输出电压经过一个均值器之后与系统所要求得到的信号进行比较，比较后的差值经过PID调节(电压瞬时内环调节)，同理，可以建立电压均值外环控制模型。

在上述模拟示波器2中，1端口为第一次PID调节器之前的差值Errorl,仿真波形如图9所示。

图9 经过PID调节器之前的差值信息波形

通过图8,可以很明显的看到，当负载特性发生变化时，电流波形和输出电压波形会发生明显的变化。当负载为阻性载时，输出电压电流均为正弦信号。当负载为整流载时，输出电压电流信号出现一定的失真。

如图9所示，在最开始进入调节器时，输出电压与实际要求的电压差值很大，但在闭环中，经过PID的多次调节之后，可以很清楚的看到最后两者之间的差值稳定趋近于0.从开始到最后趋近于0的整个动态过程反应了PID调节器的调节快慢，稳定等参数，从上图可以清楚的看出此调节器的鲁棒性强，动态响应快。

4 将建模思想移植到实际电路中

建模的目的主要是为了验证设计的方案是否可行，如果可行，便可以设计硬件电路来实现此方案，可以花最少的代价来完成控制器的设计。

硬件平台：DSP2812+10K高频UPS模块

根据实际经验修改PID的参数，使输出能够在最快最稳的情况下达到预定值。

通过实际的调试，瞬时环中：P=0.6,I=0.04,均值环中，P=0.3,I=0.072,D=0.001.此时系统稳定，实际的输出波形如图10所示。

图10 实际电路中输出电压与电流信号

实际要求输出电压为220V,负载采用的是整流载。上图是阻性载往整流载切换时的输出电压与输出电流波形图。