单相全桥DC-AC电压逆变电路数字控制中的振荡现象分析

考虑数字控制采样计算延迟，建立了单相全桥DC-AC 电压型逆变电路在负载电压外环电感电流内环加给定电压前馈控制方法下的离散迭代模型。 通过分析相应的Jacobian 矩阵特征值轨迹，确定该数字控制逆变器失稳时分岔点类型为Hopf 分岔。 对离散迭代模型进行数学变换，得出了控制器边界的解析表达式以及系统发生分岔时振荡频率的解析表达式，从而揭示了系统发生振荡现象的内在物理机理。 ，通过Simulink 仿真以及电路实验证明了理论分析的正确性和有效性。 　　1. 引言 　　单相全桥DC-AC 电压型逆变电路在不间断电源（ UPS） 、分布式发电以及微型电网中有重要作用，得到了广泛应用。 同时，随 在现代电力电子领域中，单相全桥DC-AC电压型逆变电路因其在不间断电源（UPS）、分布式发电以及微型电网中的关键应用而受到高度重视。随着数字控制技术的突飞猛进，尤其是数字信号处理器（DSP）的广泛应用，对逆变电路的控制更加精准和灵活。然而，随之而来的数字控制引入的采样计算延迟等非线性因素，也给逆变电路系统的稳定性带来了新的挑战。本文针对这一问题，建立了一个考虑数字控制采样计算延迟的离散迭代模型，并深入分析了振荡现象产生的内在物理机理。 本文的工作首先从单相全桥DC-AC电压逆变电路的基本工作原理出发，采用负载电压外环与电感电流内环相结合，并加上给定电压前馈控制的方法，构建了一个数字控制下的逆变电路模型。该模型不同于传统的模拟控制，需要将控制策略和采样延迟等因素纳入考虑，以更贴近实际应用中的工作状况。 在模型建立的基础上，研究者运用了动态系统理论中的Jacobian矩阵特征值轨迹分析方法，对系统稳定性进行了评估。分析结果显示，在特定的控制参数和系统状态下，系统将出现失稳现象，具体表现为Hopf分岔。Hopf分岔是一种典型的动态系统的非线性行为，它会引起系统在临界点附近发生振荡，并可能随着参数的进一步变化而导致系统状态的剧烈波动或不稳定。 为了深入解析这种振荡现象，本文进一步对离散迭代模型进行了数学变换。通过这种变换，研究者推导出了控制器参数的稳定边界和振荡频率的解析表达式。这些解析表达式不仅提供了系统失稳时振荡频率的定量描述，而且还揭示了振荡现象与系统内部参数和控制策略之间复杂的相互关系。换言之，这些表达式帮助我们理解了振荡是如何因控制策略和系统参数的相互作用而产生，这为后续的振荡抑制和系统稳定性设计提供了理论基础。 为了验证理论分析的正确性和实用性，研究者采用了Simulink仿真以及实际电路实验进行对比验证。仿真和实验结果均显示，在控制器参数设定不当或者采样延迟较大时，系统确实会出现Hopf分岔导致的振荡现象。而且，这些振荡现象的频率和幅度与理论解析表达式的预测基本一致，从而证明了理论分析的有效性。 本文的贡献不仅在于揭示了数字控制下单相全桥DC-AC逆变电路振荡现象的内在机理，而且在实际工程应用中提供了非常有价值的设计参考和理论指导。尤其在那些对电力系统稳定性有极高要求的应用场合，本文的研究成果有助于指导工程师们优化控制策略，避免不必要的振荡，提高系统的整体稳定性和效率。 本文通过建立单相全桥DC-AC逆变电路在数字控制条件下的离散迭代模型，并分析其稳定性，揭示了Hopf分岔和振荡现象之间的关系，为未来逆变电路的设计和优化提供了新的视角和工具。随着电力电子技术的不断发展，类似的研究将会更加受到重视，对于提升电力系统的性能和可靠性将发挥越来越重要的作用。