一种UPS逆变器的控制方法、系统、设备及介质

一种ups逆变器的控制方法、系统、设备及介质
技术领域
1.本发明涉及电力电子装置控制技术领域，特别是涉及一种ups逆变器的控制方法、系统、设备及介质。


背景技术：

2.不间断电源，简称ups，是电力电子的一个重要技术领域，在市电供电不足或者断电时为负载提供不间断的电源输入，这是利用了ups上的蓄电池的直流电经过逆变器逆变为交流电向负载供电。同时，逆变器也起到隔离作用，不断抑制网侧的尖峰、噪声等电源干扰对负载的影响，为负载提供高质量稳定的电源。目前工程上主流的ups控制主要是电压单环pi控制以及电压外环加电流内环的双环控制方案。
3.传统ups逆变器pi控制器大多采用电压单闭环控制，这种控制方式在负载扰动导致输出电压不稳定时才会对误差进行控制。该方法对于负载扰动时的抑制能力较弱，抗干扰能力较差，系统的动态响应较慢等不足。
4.目前较为先进的ups逆变器采用电压外环加电流内环的控制方法，由于电流的变化速度比电压变化速度快，在动态响应上优于传统的逆变器，但是该方法需要设计两个pi控制器分别控制电压外环与电流内环，仅靠试凑的pi参数不足以保证系统输出的稳定性，需建立系统精确的数学模型分析系统伯德图从而确定两个pi控制器参数，在工程上参数设计相对复杂，根据客户对ups的需求要设计不同的参数，研发周期较长。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种ups逆变器的控制方法，能够实时动态地调整控制器，提高系统的抗干扰能力、使系统拥有更迅速的动态响应。
6.本发明还提出一种具有上述ups逆变器的控制方法的系统、电子设备和介质。
7.根据本发明的第一方面实施例的一种ups逆变器的控制方法，应用于ups逆变器的控制系统，所述ups逆变器的控制系统包括：处理模块、模糊控制器、pi控制器、以及ups逆变器,所述处理模块分别与所述模糊控制器、所述pi控制器连接，所述ups逆变器分别与所述处理模块、所述pi控制器连接；
8.所述ups逆变器的控制方法包括：
9.所述处理模块根据ups逆变器上一时刻的输出电压、ups逆变器的期望输出电压和输入伸缩因子，得到第一输入量；
10.将所述第一输入量输入到模糊控制器，以通过所述模糊控制器根据所述第一输入量，得到第一输出量；
11.所述处理模块根据所述电压误差变化率、所述电压误差、输出伸缩因子和所述第一输出量，得到第二输入量；
12.将所述第二输入量输入到所述pi控制器，以通过所述pi控制器根据所述第二输入
量确定控制信号；
13.所述ups逆变器根据所述控制信号运行。
14.根据本发明实施例的一种ups逆变器的控制方法，至少具有如下有益效果：通过增加输入伸缩因子和输出伸缩因子，结合反馈的ups逆变器上一时刻的输出电压，可实时动态地调整pi控制器，pi控制器因此调整输出到ups逆变器的控制信号，提高系统的抗干扰能力、使系统拥有更迅速的动态响应。
15.根据本发明的一些实施例，所述处理模块根据ups逆变器上一时刻的输出电压、ups逆变器的期望输出电压和输入伸缩因子，得到第一输入量包括：
16.所述处理模块根据ups逆变器上一时刻的输出电压和ups逆变器的期望输出电压，得到电压误差；
17.根据所述电压误差，得到电压误差变化率；
18.根据所述电压误差变化率、所述电压误差和输入伸缩因子，得到第一输入量。
19.根据本发明的一些实施例，所述处理模块根据所述电压误差变化率、所述电压误差、输出伸缩因子和所述第一输出量，得到第二输入量包括：
20.所述处理模块将所述电压误差变化率和所述电压误差代入到输出伸缩因子；
21.将所述第一输出量和代入后的输出伸缩因子进行相乘，得到第二输入量。
22.根据本发明的一些实施例，所述输入伸缩因子为：
23.其中，λ∈(0,1)，k》0，α(x)为所述输入伸缩因子，x为所述电压误差变化率或所述电压误差。
24.根据本发明的一些实施例，所述输出伸缩因子为：
25.其中，0《τ1《1，0《τ2《1,0《τ1*τ2《1，β(t)为所述输出伸缩因子，e为所述电压误差，e为电压误差的论域最大值，ec为所述电压误差变化率，ec为电压误差变化率模糊的论域最大值，ε为正数。
26.根据本发明的一些实施例，所述第二输入量包括比例环节的调整量和积分环节的调整量；
27.所述根据所述第二输入量，得到控制信号包括：
28.将所述比例环节的调整量和比例环节的固定量相加，得到比例环节的参数；
29.并将所述积分环节的调整量和积分环节的固定量相加，得到积分环节的参数；
30.根据所述比例环节的参数和所述积分环节的参数，得到控制信号。
31.根据本发明的一些实施例，根据所述电压误差变化率、所述电压误差和输入伸缩因子，得到第一输入量包括：
32.将所述电压误差和输入伸缩因子进行相乘，得到第一比例输入量；
33.并将所述电压误差变化率和输入伸缩因子进行相乘，得到第一积分输入量；
34.将所述第一比例输入量和所述第一积分输入量作为第一输入量。
35.根据本发明的第二方面实施例的一种ups逆变器的控制系统，包括：
36.处理模块、模糊控制器、pi控制器、以及ups逆变器,所述处理模块分别与所述模糊控制器、所述pi控制器连接，所述ups逆变器分别与所述处理模块、所述pi控制器连接；
37.所述处理模块包括：
38.反馈电路；微分器；第一乘法器；输入伸缩因子生成器；第二乘法器；输出伸缩因子生成器；第三乘法器；
39.所述反馈电路分别与所述ups逆变器、所述微分器、所述第一乘法器连接，用于接收所述ups逆变器反馈的上一刻输出电压，并且根据所述ups逆变器上一时刻的输出电压和ups逆变器的期望输出电压，得到电压误差；所述反馈电路将所述电压误差发送到所述微分器和所述第一乘法器；
40.所述微分器与所述第二乘法器连接；所述微分器根据所述电压误差，得到电压误差变化率；所述微分器将所述电压误差变化率发送到所述第二乘法器；
41.所述输入伸缩因子生成器分别与所述第一乘法器、所述第二乘法器连接；所述输入伸缩因子生成器生成输入伸缩因子并将所述输入伸缩因子发送到所述第一乘法器和所述第二乘法器；
42.所述第一乘法器与所述模糊控制器连接；所述第一乘法器将所述电压误差和输入伸缩因子进行相乘，得到第一比例输入量；所述第一乘法器将所述第一比例输入量输入到所述模糊控制器；
43.所述第二乘法器与所述模糊控制器连接；所述第一乘法器将所述电压误差变化率和输入伸缩因子进行相乘，得到第一积分输入量；所述第二乘法器将所述第一积分输入量输入到所述模糊控制器；
44.所述模糊控制器根据所示第一积分输入量和所述第一比例输入量得到第一输出量；
45.所述微分器还与所述输出伸缩因子生成器连接；所述反馈电路还与所述输出伸缩因子生成器连接；所述微分器将所述电压误差变化率发送到所述输出伸缩因子生成器；所述反馈电路将所述电压误差变化率发送到所述输出伸缩因子生成器；
46.所述输出伸缩因子生成器与所述第三乘法器连接；所述输出伸缩因子生成器将所述电压误差变化率和所述电压误差代入到输出伸缩因子；所述输出伸缩因子生成器将代入后的输出伸缩因子输出到所述第三乘法器；
47.所述第三乘法器还分别与所述模糊控制器、所述pi控制器连接；所述第三乘法器将所述第一输出量和代入后的输出伸缩因子进行相乘并将相乘结果发送到所述pi控制器；
48.pi控制器根据相乘结果生成控制信号发送到ups逆变器。
49.根据本发明的第三方面实施例的一种电子设备，包括：
50.存储器，用于存储程序；
51.处理器，用于执行所述存储器存储的程序，当所述处理器执行所述存储器存储的程序时，所述处理器用于执行如第一方面中任一项所述的方法。
52.根据本发明的第四方面实施例的一种存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如第一方面中任一项所述的方法。
53.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
54.附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
55.图1是本发明一实施例提供的一种ups逆变器的控制系统的结构图；
56.图2是本发明一实施例提供的一种电子设备的结构图；
57.图3是本发明一实施例提供的一种ups逆变器的控制系统的具体结构图。
具体实施方式
58.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
59.应了解，在本发明实施例的描述中，多个(或多项)的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到“第一”、“第二”等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
60.如图1所示，本发明实施例提供了一种ups逆变器的控制方法，应用于ups逆变器的控制系统，ups逆变器的控制系统包括：处理模块1、模糊控制器2、pi控制器3、以及ups逆变器4,处理模块1分别与模糊控制器2、pi控制器3连接，ups逆变器4分别与处理模块1、pi控制器3连接；
61.ups逆变器的控制方法包括：
62.处理模块1根据ups逆变器4上一时刻的输出电压、ups逆变器4的期望输出电压和输入伸缩因子，得到第一输入量；
63.将第一输入量输入到模糊控制器2，以通过模糊控制器2根据第一输入量，得到第一输出量；
64.处理模块1根据电压误差变化率、电压误差、输出伸缩因子和第一输出量，得到第二输入量；
65.将第二输入量输入到pi控制器3，以通过pi控制器3根据第二输入量确定控制信号；
66.ups逆变器4根据控制信号运行；
67.容易理解的是，本实施例提供的ups逆变器的控制方法是根据ups逆变器4上一时刻的输出电压动态调节ups逆变器4，因此ups逆变器的控制方法是在ups逆变器4有输出电压才被执行，而非刚启动ups逆变器4即被执行。
68.在一实施例中，处理模块1根据ups逆变器4上一时刻的输出电压、ups逆变器4的期望输出电压和输入伸缩因子，得到第一输入量包括：
69.处理模块1根据ups逆变器4上一时刻的输出电压和ups逆变器4的期望输出电压，得到电压误差；
70.根据电压误差，得到电压误差变化率；在一实施例中，将电压误差进行微分来得到电压误差变化率；
71.根据电压误差变化率、电压误差和输入伸缩因子，得到第一输入量。
72.在一实施例中，处理模块1根据电压误差变化率、电压误差、输出伸缩因子和第一输出量，得到第二输入量包括：
73.处理模块1将电压误差变化率和电压误差代入到输出伸缩因子；
74.将第一输出量和代入后的输出伸缩因子进行相乘，得到第二输入量。
75.在一实施例中，输入伸缩因子为：
76.其中，λ∈(0,1)，k》0，α(x)为输入伸缩因子，x为电压误差变化率或电压误差。
77.在一实施例中，输出伸缩因子为：
78.其中，0《τ1《1，0《τ2《1,0《τ1*τ2《1，β(t)为输出伸缩因子，e为电压误差，e为电压误差的论域最大值，ec为电压误差变化率，ec为电压误差变化率模糊的论域最大值，ε为正数；
79.电压误差的论域和电压误差变化率模糊的论域通过多次模拟实验来设定；
80.需要说明的是，输入伸缩因子和输出伸缩因子的设计采用基于函数的方式；伸缩因子包括输入伸缩因子和输出伸缩因子；伸缩因子α(x)需满足的条件为：对偶性：
81.单调性：α(x)在[0,e]上严格单调递增，在[-e,0]严格递减；避零性：α(0)＝ε，ε为充分小的正数；协调性：正规性：α(
±
e)＝1；其中，x是x的定义域，e是x中的一个取值；
[0082]
还需要说明的是，输入伸缩因子和输出伸缩因子中的λ、k、τ1、τ2和ε是通过多次模拟实验得到的，对于不同参数的逆变器进行相应的模拟实验，得到效果最好的λ、k、τ1和τ2；再将得到的λ、k、τ1和τ2代入伸缩因子，应用于实际的逆变器控制系统使用；
[0083]
在一实施例中，于matlab/simul ink中搭建仿真模型。在0.02s时，并联一个同阻值的负载使负载跳变为原来的一半模拟扰动。ups逆变器的的主要参数为：电感l1＝0.003h，负载电阻r＝10ω，输入电压vg＝700v，目标输出电压r＝311v，开关频率fs＝40khz。pi控制器参数为：kp＝0.008，ki＝400。变论域模糊控制器的误差以及误差变换率输入伸缩因子为式(1)、输出伸缩因子为式(2)：
[0084][0085]
β(t)＝(e)
0.9
(ec)
0.1
10-5
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0086]
其中，λ＝0.75，k＝0.5，τ1＝0.9，τ2＝0.1，ε＝10-5
，e和ec都取1。
[0087]
在一实施例中，第二输入量包括比例环节的调整量和积分环节的调整量；
[0088]
根据第二输入量，得到控制信号包括：
[0089]
将比例环节的调整量和比例环节的固定量相加，得到比例环节的参数；
[0090]
并将积分环节的调整量和积分环节的固定量相加，得到积分环节的参数；
[0091]
根据比例环节的参数和积分环节的参数，得到控制信号。；
[0092]
其中，比例环节的固定量和积分环节的固定量属于模糊控制器2的已知参数。
[0093]
在一实施例中，根据电压误差变化率、电压误差和输入伸缩因子，得到第一输入量
包括：
[0094]
将电压误差和输入伸缩因子进行相乘，得到第一比例输入量；
[0095]
并将电压误差变化率和输入伸缩因子进行相乘，得到第一积分输入量；
[0096]
将第一比例输入量和第一积分输入量作为第一输入量。
[0097]
在一实施例中，根据第二输入量，得到控制信号包括：根据第二输入量，得到输出电压；对输出电压采用pwm调制方式，得到控制信号。
[0098]
需要说明的是，模糊控制器2通过以下方式设定：
[0099]
(1)输入量模糊化；
[0100]
电压误差和电压误差变化率经过伸缩因子的处理后，分别得到映射的论域。设模糊控制器2的输入电压误差和电压误差变化率的基本论域分别为[-xe,xe],[-x
ec
,x
ec
],x∈r，第一输入量包括变论域的电压误差和变论域的电压误差变化率；第一输入量的模糊子集为{-m,-m 1,
…
,-1,0,1,
…
,m-1,m},m为正整数，第一输出量的模糊子集为{-n,-n 1,
…
,-1,0,1,
…
,n-1,n},n为正整数，第一输出量的论域为[-y,y]，y为常数。在一实施例中，取m＝3和n＝1,模糊规则划分为{负大(nb)，负中(nm)，负小(ns)，零(zo)，正小(ps)，正中(pm)，正大(pb)}；选取梯形函数作为第一输入量和第一输出量的模糊子集的隶属函数；
[0101]
隶属函数的选取包括以下任一：三角形函数、梯形函数、高斯型函数、钟形函数；
[0102]
(2)确定模糊规则；
[0103]
在模糊控制器2中，电压误差、电压误差变化率及第一输出量分别记为e、ec、u，设电压误差e为{ei|i＝1,2,
…
,m}，电压误差变化率ec为{ecj|j＝1,2,
…
,n}，第一输出量u为{u
ij
|i＝1,2,
…
,m,j＝1,2,
…
,n}，其控制规则如下：若e值为e1且ec值为ec1，则u为u
11
；若e值为e1且ec值为ec2，则u为u
12
；以此类推，若e值为em且ec值为ecn，则u为u
mn
；
[0104]
在一实施例中，模糊控制器2确定的比例环节的调整量对应的模糊规则如下：
[0105][0106]
在一实施例中，模糊控制器2确定的积分环节的调整量对应的模糊规则如下：
[0107][0108]
(3)模糊推理；
[0109]
确定模糊规则后，可以认为电压误差、电压误差变化率及第一输出量在各自论域上的隶属度已知；当电压误差、电压误差变化率及第一输出量在各自论域上的隶属度已知时，可以推理出每一条模糊语句确定的模糊关系r
ij
(i＝1,2,
…
,m,j＝1,2,
…
,n)，然后通过求和方法得出总模糊关系r。模糊推理法包括以下任一：zadeh法、mamdani法，在一实施例中，采用mamdani法进行模糊推理；
[0110]
(4)清晰化；
[0111]
需要将模糊逻辑推理得到的模糊集合转换为一个等效值，该等效值即为第一输出量；在一实施例中，采用最大隶属度法进行清晰化；清晰化方法还包括重心法或面积平均法。
[0112]
如图3所示，本发明实施例提供了一种ups逆变器4的控制系统，包括：
[0113]
处理模块1、模糊控制器2、pi控制器3、以及ups逆变器4,处理模块1分别与模糊控制器2、pi控制器3连接，ups逆变器4分别与处理模块1、pi控制器3连接；
[0114]
处理模块1包括：
[0115]
反馈电路101；微分器102；第一乘法器104；输入伸缩因子生成器103；第二乘法器105；输出伸缩因子生成器107；第三乘法器106；
[0116]
反馈电路101分别与ups逆变器4、微分器102、第一乘法器104连接，用于接收ups逆变器4反馈的上一刻输出电压，并且根据ups逆变器4上一时刻的输出电压和ups逆变器4的期望输出电压，得到电压误差；反馈电路101将电压误差发送到微分器102和第一乘法器104；
[0117]
微分器102与第二乘法器105连接；微分器102根据电压误差，得到电压误差变化率；微分器102将电压误差变化率发送到第二乘法器105；
[0118]
输入伸缩因子生成器103分别与第一乘法器104、第二乘法器105连接；输入伸缩因子生成器103生成输入伸缩因子并将输入伸缩因子发送到第一乘法器104和第二乘法器105；
[0119]
第一乘法器104与模糊控制器2连接；第一乘法器104将电压误差和输入伸缩因子进行相乘，得到第一比例输入量；第一乘法器104将第一比例输入量输入到模糊控制器2；
[0120]
第二乘法器105与模糊控制器2连接；第二乘法器105将电压误差变化率和输入伸缩因子进行相乘，得到第一积分输入量；第二乘法器105将第一积分输入量输入到模糊控制器2；
[0121]
模糊控制器2根据第一积分输入量和第一比例输入量得到第一输出量；
[0122]
微分器102还与输出伸缩因子生成器107连接；反馈电路101还与输出伸缩因子生成器107连接；微分器102将电压误差变化率发送到输出伸缩因子生成器107；反馈电路101将电压误差发送到输出伸缩因子生成器107；
[0123]
输出伸缩因子生成器107与第三乘法器106连接；输出伸缩因子生成器107将电压误差变化率和电压误差代入到输出伸缩因子；输出伸缩因子生成器107将代入后的输出伸缩因子输出到第三乘法器106；
[0124]
第三乘法器106还分别与模糊控制器2、pi控制器3连接；第三乘法器106将第一输出量和代入后的输出伸缩因子进行相乘并将相乘结果发送到pi控制器3；
[0125]
pi控制器3根据相乘结果生成控制信号发送到ups逆变器4。
[0126]
另外，参照图2，本技术的一个实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括：存储器11、处理器12及存储在存储器11上并可在处理器12上运行的计算机程序。
[0127]
处理器12和存储器11可以通过总线或者其他方式连接。
[0128]
实现上述实施例的一种ups逆变器的控制方法所需的非暂态软件程序以及指令存储在存储器11中，当被处理器12执行时，执行上述实施例中的一种ups逆变器的控制方法。
[0129]
本发明实施例还提供了一种存储介质，存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于执行上述的一种ups逆变器的控制方法。
[0130]
在一实施例中，该存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个控制处理器执行。
[0131]
以上所描述的实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
[0132]
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包括计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
[0133]
本文描述了本发明的实施例，包括发明人已知用于执行本发明的较佳实施例。在阅读了上述描述后，这些所述实施例的变化对本领域的技术人员将变得明显。发明人希望技术人员视情况采用此类变型，并且发明人意图以不同于如本文具体描述的方式来实践本发明的实施例。因此，经适用的法律许可，本发明的范围包括在此所附的权利要求书中叙述的主题的所有修改和等效物。此外，本发明的范围涵盖其所有可能变型中的上述元素的任意组合，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。