探索单相逆变器的重复控制之旅

单相逆变器重复控制。采用重复控制与准比例谐振控制相结合的符合控制策略，spwm调制环节采用载波移相控制，进一步降低谐波。仿真中开关频率20k，通过FFT分析，谐波主要分布在40k附近，并没有分布在20k附近，载波移相降低了谐波含量。整个仿真完全离散，采用离散解析器，包括采样与控制的离散，控制与采样环节没有使用simulink自带的模块搭建，全部手工搭建。

在电力电子领域，单相逆变器的控制策略一直是研究热点，今天咱就来聊聊单相逆变器的重复控制。

复合控制策略：重复控制与准比例谐振控制联手

这里采用了重复控制与准比例谐振控制相结合的复合控制策略。重复控制就像是一个记忆大师，它对周期性的信号有着绝佳的跟踪与抑制能力。对于逆变器输出电压中的周期性谐波，重复控制能够精确记忆并消除。而准比例谐振控制则像一个精确的瞄准器，专门针对特定频率的谐波进行精准打击。

比如说，在代码实现重复控制时，会涉及到内模原理。以下是一个简单示意代码（以Python为例，实际电力电子仿真中多使用Matlab等工具，但原理相通）：

python 复制代码

# 假设设定输出信号为一个周期性的正弦波
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 定义参数
T = 0.02  # 周期
fs = 1000  # 采样频率
t = np.arange(0, T, 1/fs)
reference_signal = np.sin(2*np.pi*50*t)

# 简单模拟重复控制环节
memory_length = int(T*fs)
memory = np.zeros(memory_length)
output_signal = np.zeros(len(t))

for n in range(len(t)):
    error = reference_signal[n] - output_signal[n]
    memory[n % memory_length] = error
    output_signal[n] = output_signal[n] + memory[n % memory_length]

plt.plot(t, reference_signal, label='Reference Signal')
plt.plot(t, output_signal, label='Output Signal after Repetitive Control')
plt.legend()
plt.show()

在这段代码里，memory数组就像是重复控制中的记忆环节，不断记录误差，从而调整输出信号，让它尽可能接近参考信号。

SPWM调制环节：载波移相控制来降谐波

SPWM调制环节采用了载波移相控制，这可是降低谐波的一把好手。通过让多个载波在相位上相互错开，使得逆变器输出的波形更加接近正弦波，谐波含量大幅降低。

假设我们用Matlab来实现简单的载波移相SPWM调制：

matlab 复制代码

% 参数设置
fs = 20000; % 开关频率20k
fc = 50; % 基波频率50Hz
t = 0:1/fs:0.02; % 仿真时间0.02秒
m = 0.8; % 调制比
N = 4; % 载波数

% 生成正弦调制波
modulating_signal = m*sin(2*pi*fc*t);

% 生成载波
carrier = zeros(size(t));
for k = 1:N
    carrier = carrier + sawtooth(2*pi*(fs/N)*(t - (k - 1)/(fs/N)), 0.5);
end

% SPWM调制
spwm_signal = modulating_signal > carrier;

figure;
subplot(2,1,1);
plot(t, modulating_signal);
title('Modulating Signal');
xlabel('Time (s)');
ylabel('Amplitude');

subplot(2,1,2);
plot(t, spwm_signal);
title('SPWM Signal');
xlabel('Time (s)');
ylabel('Amplitude');

在这个代码里，多个载波通过不同的相位叠加，与调制波进行比较生成SPWM信号，有效改善了波形质量。

仿真结果与离散化实现

在这次仿真中，开关频率设定为20k。通过FFT分析发现，谐波主要分布在40k附近，而不是20k附近，这充分证明了载波移相控制降低了谐波含量。

整个仿真完全离散，采用离散解析器。从采样到控制，没有使用Simulink自带的模块搭建，全部手工搭建。这就像是自己动手搭建一个复杂的乐高模型，每一个零件都亲手安装。比如说在采样环节，我们需要根据采样频率精确获取信号的值，在控制环节，每一个控制算法的参数都需要精心调整，以确保整个系统的稳定性和准确性。这种离散化的手工搭建方式，虽然难度较大，但能够让我们对系统的每一个细节都了如指掌，更深入地理解单相逆变器重复控制的原理与实现。