1、电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering107种各样的手术，降低手术风险，提升成功率；在工业领域，仿生机械手将拥有更加智能化的生产流水线，提高效率和产品质量。综上所述，仿生机械手是一项具有良好前景的技术，其应用范围广阔，具有重要的意义。参考文献 1 肖迪,章文韬.基于 TGAM 模块和脑电波对音响音量控制 J.电脑知识,2015(9):249-251.2 张敏强,闫思成,王贵生,王希佳.基于 TGAM 芯片的脑电控制小车 J.科技论坛,2021.3 朱应,杨荻铠
2、,邴林园,等.基于数据手套体感控制的机械手研究J.电子设计工程,2021(12):61-66.4 张 世 坤,余 志 慢,蒙 学 珏,等.基 于 K210 的Alot 的防疫于平安校园系统设计 J.电子世界,2021(5):158-159.5 刘琪琪,完玛扬措,马福萍,等.基于 YOLO V2 模型的冰箱食品管理系统的研究与设计J.科技风,2020(10):13-14.6 方梓锋,张锋.基于 K210 和 YOLO V2 的智能垃圾分类平台 J.2021(08):102-106.7 焦家祥.手势识别技术前言概述J.2018(15):29-30.8 邓瑞,周玲玲,应忍冬.基于 Kinect 深度
3、信息的手势提取与识别研究 J.计算机应用研究,2013(04):1263-1265+1274.作者简介甘国霖，大学本科学历，现就读于广西民族师范学院数理与电子信息工程学院通信工程专业 2019 级。卢丽金（通讯作者），广西民族师范学院数理与电子信息工程学院教师。张德鑫，大学本科学历，现就读于广西民族师范学院数理与电子信息工程学院通信工程专业 2019 级。卢乃钰，大学本科学历，现就读于广西民族师范学院数理与电子信息工程学院电子信息工程专业 2020 级。陈展鹏，大学本科学历，现就读于广西民族师范学院数理与电子信息工程学院电子信息工程专业 2020 级。煤、石油等不可再生能源的利用，会破坏生态环
4、境且导致能源枯竭。太阳能、风能等可再生能源，由于其可以再生、不会污染环境等优点，得到了广泛的关注。向一些偏远地区输送电力十分困难且成本高昂，离网型光伏发电是最佳解决方案，因为与风力发电机相比，离网型光伏发电系统使用条件限制少，只要有太阳的地方就能安装使用1。光伏发电系统需要使用逆变器将直流电源变换成交流电源，逆变器的性能决定了光伏发电系统的供电质量，并且是系统稳定、高效运行的关键2。VOC 控制器模拟弱非线性振荡器，将逆变器控制为非线性振荡电路，控制器输出在稳态时呈现近正弦振荡，是一种时域控制器，由于其不需要进行功率计算，只需要逆变器输出电流测量，具有更快的响应速度3。当负载较大时，LC 滤波
5、器容易出现谐振，滤波器基于虚拟振荡器与电压电流环控制的单相逆变器研究肖响周书民汪志成（东华理工大学 江西省南昌市 330013）摘要：本文在虚拟振荡器控制中加入比例积分（PI）电流环和准比例谐振（QPR）电压环控制，抑制逆变器负载较大情况下的 LC 滤波器谐振，提高电能质量，分析了 PI 控制器参数对被控系统的影响和 QPR 控制器参数对控制器的影响，基于 MATLAB/simulink 进行仿真，仿真结果表明该控制策略能抑制 LC 滤波器谐振，改善逆变器输出波形畸变，降低总谐波失真。关键词：虚拟振荡器控制；LC 滤波器谐振；PI 控制；QPR 控制电力与电子技术Power&Electroni
6、cal Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering108电感增大和电容减小可抑制谐振，但电感的增大会造成相位变化和电压跌落，电容的减小会增大滤波器截止频率，影响滤波效果，增加输出谐波。LC 滤波器谐振会造成逆变器输出畸变，为提高电能质量和保护开关器件，在虚拟振荡器中添加电压电流环控制，其中电压环采用准谐振(QPR)控制，电流环采用(PI)控制。1 单相逆变器结构假设逆变器前级为稳定直流电源 udc、元件都是理想元器件，单相逆变器拓扑结构如图 1 所示，C1为直流侧滤波电容，逆变器主电路采用全桥结构，电感 L1和电容
7、 C2构成 LC 滤波器，R1为负载。图 2：虚拟振荡器控制逆变器示意图图 1：单相逆变器拓扑结构图(a)虚拟振荡器控制电路(b)非线性电流源函数示意图图 3：虚拟振荡器控制及非线性电流源函数示意图电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering109根据单相逆变器拓扑结构图，利用基尔霍夫定律，建立系统数学模型如下：（1）对式（1）进行拉普拉斯变换转换到 s 域，可得逆变电桥输出端到负载端的传递函数：图 5：不同 PI 控制器参数值下系统波特图(a)Kpi 不变，Ki
8、变化系统开环波特图(b)Ki 不变，Kpi 变化系统开环波特图(c)Kpi 不变，Ki 变化系统闭环波特图(d)Ki 不变，Kpi 变化系统闭环波特图图 4：电压电流环控制框图电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering110 （2）其中，是滤波器转折角频率，为阻尼比，由传递函数可知，该滤波器为二阶振荡环节，当时5，系统出现谐振，谐振将导致逆变器输出总谐波失真增大，并且阻尼比越小谐振峰值越大，对系统的影响越大。2 虚拟振荡器控制虚拟振荡器控制利用数字控制模拟非线性振
9、荡器，将逆变器控制为一个非线性振荡电路，是基于电路电流反馈的控制方法，不需要进行功率计算，具有响应快速的优点，虚拟振荡器控制逆变器示意图如图 2 所示，虚线框内为虚拟振荡器控制模拟的电路图，需通过数字编程实现。其中 Iosc 为电流控制电流源，Ig 为非线性电压控制电流源，Ki 为输入电流比例系数，Kv 为输出电压比例系数。控制器由 RLC 振荡电路和非线性电压控制电流源组成6，如图 3(a)所示，由电阻、电感和电容构成 RLC并联谐振电路，当通过 RLC 并联的合成电流与电源电压同相时，将产生并联谐振，此时电感和电容的阻抗相同，从而得出谐振频率为：。在谐振时，并联LC 谐振电路的作用类似于开
10、路，电路电流仅由电阻 R确定。非线性电压控制电流源 Ig 的函数如图 3(b)所示，表达式为：（3）函数 f(v)与横轴的交点 2 为分界点，在(2，+)和(-，-2)的区域函数输出电流 f(v)和电压 v 成正比，即电压控制电流源函数起到电阻的作用；在(-2，2)区域内函数输出电流 f(v)和电压 v 成反比，即电压控制电流源函数起到电源的作用。在区域(-2，2)内，该电压控制电流源函数具有电压控制型负阻特性，与并联谐振回路相连接即可构成负阻振荡器。在负阻振荡器中，只要负阻能抵消回路中的正阻损耗，电路就能起振(c)Kpr、Kr 不变，c变化控制器波特图图 6：仅改变一个参数情况下 QPR 控
11、制器波特图(b)Kpr、c不变，Kr 变化控制器波特图(a)Kr、c不变，Kpr 变化控制器波特图电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering111并持续振荡，即当时，该非线性振荡电路能起振。由斜率公式和电阻公式可知，该电压控制电流源函数上一点到原点的斜率为该函数的电导，当函数上一点到原点的斜率 k0在区域内时，电压控制电流源函数充当电源，但是产生的功率小于电阻的消耗，振荡器衰减振荡；当 k0在区域(0，)内时，电导值大于零，电压控制电流源函数充当电阻，和实际电阻一
12、起消耗功率，振荡器衰减振荡7。综上，虚拟振荡器控制的原理为：由电感和电容谐振决定输出电压的频率，电压控制电流源函数控制振荡器的自激振荡和衰减振荡，使小信号增大，大信号衰减，从而将输出信号控制在一定的幅值和频率上。3 电压电流环控制电压电流环控制框图如图 4 所示，其中，电流环用(a)优化前输出电压波形(b)优化后输出电压波形(c)优化前输出电流波形(d)优化后输出电流波形图 7：电压电流仿真波形来控制电感电流，电压环用来控制电容电压。方框图化简得出电流内环控制系统闭环传递函数为：（4）电流电压双闭环控制系统传递函数为：（5）3.1 电流环控制电流环的电流反馈分为电感电流反馈和电容电流反馈，电感
13、电流反馈的抗扰能力和响应速度不如电容电流反馈，但电感电流反馈可以减小过流风险8，为增强系电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering112统可靠性，选择电感电流反馈。理想的 PI 控制器传递函数为：（6）其中Kpi和Ki分别是比例增益和积分增益，将式（6）代入式（4）得到电流环控制系统闭环传递函数为：（7）采用控制变量法分析 PI 控制参数对系统的影响，一个参数固定，另一个参数变化系统波特图如图 5 所示，由图可知参数 Ki 主要影响系统低频段，Kpi 主要影响系统
14、高频段、谐振频率及谐振峰值。由图 5 可知，未加 PI控制系统最初增益为-29.5dB，加入 PI 控制系统最初增益约为 0dB，Kpi 越大，谐振峰值越小，可知加入 PI 控制可以减小对低频段输入信号幅值的衰减，抑制 LC 滤波器因负载过大导致的谐振，改善系统性能。3.2 电压环控制准比例谐振(QPR)控制传递函数为9：（8）控制器参数为 Kpr、Kr和 c，为分析各个参数对控制器的影响，绘制一个参数改变，其他参数为 1 情况下QPR 控制器波特图如图 6 所示。由图 6 可知，Kpr 影响控制器的各频段幅值以及带宽，Kpr 值越大，控制器低频幅值越大，稳态误差越小，跟踪效果越好，对低频扰动
15、抑制能力越好，但高频段幅值也增大，对高频噪声的抑制能力变差；Kr 和 c均影响控制器的带宽，Kr 和 c越大，带宽越大，响应速度越快，但对噪声抑制能力越差，且 c的影响更大。4 仿真分析根据单相逆变器拓扑结构图、虚拟振荡器控制图以及电压电流环控制框图，基于 MATLAB/simulink 搭建单相逆变器仿真模型，仿真参数如表 1 所示。(a)优化前输出电压谐波分析(b)优化后输出电压谐波分析(c)优化前输出电流谐波分析(d)优化后输出电流谐波分析图 8：电压电流谐波分析电力与电子技术Power&Electronical Technology电子技术与软件工程Electronic Technol
16、ogy&Software Engineering113表 1：仿真参数参数名称参数值直流侧电压400V滤波电感 L18mH滤波电容 C210F负载200虚拟振荡器 Ki0.00214虚拟振荡器 Kv220电流环 Kpi4电流环 Ki500电压环 Kpr2电压环 Kr5电压环 c3对虚拟振荡器控制和虚拟振荡器加电压电流环控制下单相逆变器进行仿真实验，当负载较大造成 LC 滤波器谐振时的仿真结果如图 7 所示。由图 7 可知，加入 PI电流环和 QPR 电压环可以改善 LC 谐振情况下逆变器输出波形。分别对两种控制策略的输出波形进行谐波分析，分析结果如图 8 所示。虚拟振荡器控制输出电压和电流THD 值为 3.73%，而虚拟振荡器加电压电流环控制输出电压和电流 THD 值为 1.97%，可知，加入 PI 电流环和QPR电压环可以改善输出电能质量，抑制电压电流畸变，降低总谐波失真。4 结论针对虚拟振荡器控制的单相逆变器在负载较大情况下，LC 滤波器易发生谐振，导致电能畸变的问题，本文将 PI 电流环和 QPR 电压环控制加入虚拟振荡器控制中，分析了 PI 控制器参数对被控系统的影响和 QPR
