【正文】 摘要隨著信息技術的發(fā)展，UPS廣泛地應用于銀行、證券、軍事、醫(yī)療、航空航天等眾多領域,以保護一些對供電敏感的負載如電腦系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、醫(yī)療系統(tǒng)等。對于UPS整個系統(tǒng)構架，可以說逆變器是不間斷電源系統(tǒng)的核心，決定著輸出電壓波形的質量。同時，高性能數字信號處理器(DSP)的飛速發(fā)展，也使得UPS的數字化控制更加精確，從而提高了整個UPS系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。本文主要介紹了基于1MS320C2812控制，采用電壓電流雙環(huán)控制的三相半橋逆變器系統(tǒng)的總體設計方案。文中首先對UPS的主要結構進行分析、綜合，在其基礎上，通過比較各種逆變器的電路結構與工作原理，說明了采用三相半橋逆變器的優(yōu)點，文中建立了三相半橋逆變器的控制模型，將三相半橋逆變器采用電壓電流雙環(huán)控制，目的是令采用三相半橋逆變器結構的UPS系統(tǒng)具有更好、更強、更可靠的帶負載能力，從而為用戶提供更加優(yōu)良的電源。文中根據UPS系統(tǒng)的硬件設計，給出了基于TMS320C2812控制的軟件設計方案，結合PWM驅動程序的主程序源代碼與A／D采樣程序的主程序源代碼說明其程序的運行流程。同時，本文通過對采用三相半橋逆變器結構的UPS系統(tǒng)的建模。經過Matlab仿真，證明了本課題設計方案的可行性。最后，本文初步設計了一臺UPS，通過實驗結果證明了本文設計方案的可行性，創(chuàng)新性和優(yōu)越性。關鍵詞：不間斷電源；數字信號處理器；逆變器；數字PID控制。AbstractABSTRACTWith the development of information technology,uninterruptible power supply(UPS)which have been widely used in banldng,securities，military,medical，aerospace and so forth,are widely selected for the protection of sensitive loads suchas PC，munication systems and medical equipments．It can be said that inverter isthe core of UPS and determines the quality of the output voltage waveform for thewhole UPS system．Meanwhile，highperformance digital signal pl39。DCgSSOr(DSP)hasbeen rapid development made the digital control more precise for the UPS．Thus thestability andthe reliability ofthe whole UPS system have been enhanced．In this恥Iper，the design of a threephase halfbridge inverter which controlledby voltage and current double loop based On TMS320C2812 is proposed．The mains『hllgtllres of the UPS are analyzed and synthesized．AfI盯that the merits of thethreephaso halfbridge inverter afe proved by paring several electrical circuitstructures of inverter and their principles of work．Then the threephase half bridgeinverter control model is established．The UPS system adopt threephase halfbridgeinverter which controlled by voltage and current double loop for the reaSOll that theability ofthe UPS with loads will be better,stronger and more reliable．So it Can provide afiner power for the user．According to the hardware design of the UPS system,thesoftware design based On the TMS320C2812 is in扛oduced．The programs of theoperating procedure ale presented by analyzing the PWM driver program and A／Dsample program．At the same time,the UPS system simulation model which adoptsthreephase halfbridge inverter is built and the approach in this pai七r is demonstratedby Matlab simulation result．FinallB a preliminary design of UPS is proposed in thispaper and the feasibility,innovation and superinatr are proved though experinaents．Key Words：uninterruptible power supply；DSP；inverter；digital PID controlⅡ學位論文獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。據我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得直昌太堂或其他教育機構的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。學位論文作者簽名(手寫)礁闌翟鐾簦字日期彩叩7年比且掃日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解直昌太堂有關保留、使用學位論文的規(guī)定，有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權直昌太堂可以將學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編本學位論文。同時授權中國科學技術信息研究所將本學位論文收錄到《中國學位論文全文數據庫》，并通過網絡向社會公眾提供信息服務。第1章引言1．1概述UPS(Uninterruptible Power Supplyl，即不間斷電源。主要用于給個人計算機、計算機網絡系統(tǒng)或其它電力電子設備提供不問斷的電力供應。當市電輸入正常時，UPS將市電穩(wěn)壓后輸出給負載，此時的UPS相當于一臺交流市電穩(wěn)壓器，同時它還向機內蓄電池充電；當市電異常時，如欠壓、斷電等，UPS立即將機內蓄電池的電能，通過逆變器向負載繼續(xù)供應恒壓恒頻的交流電，使負載維持正常工作并保護負載軟、硬件不受損壞。初期的不間斷電源裝置，不是采用功率開關器件組成的變換電路來轉換電能，而是采用柴油發(fā)電機來實現(xiàn)電能的變換，也把這種不間斷電源裝置稱為動態(tài)式UPS。這種UPS的缺點也是顯而易見，就是整機笨重、效率低、噪聲大、操作控制不靈活、輸出的電壓波形不平滑，同時由于存在著轉換時間，不能及時響應，會中斷負載的供電。由功率開關器件組成的電力變換電路來實現(xiàn)電能的轉換，實現(xiàn)連續(xù)向負載供電，這種不間斷電源裝置稱為靜止式UPS。傳統(tǒng)的靜止式UPS多采用模擬電路來實現(xiàn)其復雜的控制功能，這種控制方式雖然可以實現(xiàn)UPS的基本功能，但存在著集成度不高，控制參數一旦確定就很難調整以及智能故障診斷困難等問題。本文所研究的UPS是以美國德州儀器f兀)公司的DSP芯片TMS320C2812為數字控制核心，用數字信號處理器和軟件編程的方法來替代部分傳統(tǒng)的UPS模擬電路，這比單純由硬件所組成的電路具有更大的優(yōu)勢，在很大程度上提高了系統(tǒng)的集成度，適應了uPS的小型化，智能化，環(huán)保化和系統(tǒng)集成化的發(fā)展趨勢“’。1．1．39。UPS的分類及特性UPS在60年代主要是旋轉發(fā)電機式的工作方式，發(fā)展至今天已成為具有智能化程度較高的靜止式全電子電路的工作方式。目前，UPS一般均指靜止式UPS，按其工作方式分類可分為后備式、在線互動式及在線式三大類【2．J。(1)、后備式UPS后備式UPS在市電正常時直接由市電向負載供電；當市電超出其正常的工作范圍或停電時通過逆變電路，將蓄電池中存儲的化學能轉化成電能向負載供第1章引言電。其特點是：結構簡單，體積小，成本低，但輸入電壓范圍窄，輸出電壓波形穩(wěn)定精度差，且有切換時間。(2)、在線互動式UPS在線互動式UPS在市電正常時與后備式UPS相同，也是直接由市電向負載供電，此時UPS的逆變器處于反向工作給電池組充電；在市電異常時逆變器立刻投入工作，將電池組電壓逆變?yōu)榻涣麟妷狠敵鼋o負載。其特點是：有較寬的輸入電壓范圍，噪音低，體積小等優(yōu)點，但同樣存在切換時間．(3)、在線式UPS在線式UPS在市電正常時，對市電進行整流提供直流電壓給逆變器工作，由逆變器向負載提供恒壓恒頻的交流電；在市電異常時，逆變器由蓄電池提供能量，由于逆變器始終處于工作狀態(tài)，從而保證無間斷的輸出。其特點是，有較寬的輸入電壓范圍，無切換時間，且輸出電壓穩(wěn)定精度高，特別適合對電源要求較高的場合，但是成本較高，目前，功率大于3KVA的UPS幾乎都是在線式UPS，本文所研究的UPS便屬于在線式UPS。1．1．2 DSP技術在UPS中的應用微電子集成技術的發(fā)展為電力電子控制技術提供了新的思路，由最初的分立元件發(fā)展到集成電路、大規(guī)模集成電路再到后來的微處理器的出現(xiàn)，都為UPS的控制技術帶來了極大的便利。但是，由于早期的微處理器的運算速度有限，通常只具有基準正弦信號的生成，難以控制UPS的靜態(tài)開關以及實現(xiàn)保護和顯示等功能，所以作為UPS的核心逆變器早期仍然需要靠模擬電路控制。近年來，TI、MOTOROLA、ADI等公司相繼推出了適用于UPS控制的DSP芯片，且功能越來越完善，性能也越來越優(yōu)越，這些芯片的出現(xiàn)，使得UPS的控制技術朝著數字化、智能化及系統(tǒng)集成化的方向發(fā)展，同時對電力電子技術的發(fā)展起到了巨大的推動作用01。傳統(tǒng)的UPS采用模擬電路控制，對于生產廠家和用戶而言，無論是相控技術還是SPWM技術，模擬控制存在許多固有的缺點：(1)模擬控制采用大量的分散元件和電路板，必然導致硬件成本偏高，系統(tǒng)的可靠性下降；(2)由于一些人工調試器件的存在，如可調電位器，導致生產效率降低及控制系統(tǒng)的一致性下降；2第1章引言(3)由于器件的老化問題及熱漂移問題的存在，將導致UPS輸出性能的下降甚至輸出失敗；(4)產品升級換代困難，對于模擬機要想升級換代必然要對控制系統(tǒng)做改動，則離不開對硬件的改進；(5)模擬控制的監(jiān)控功能有限，一旦出現(xiàn)故障，一般限于聲光報警等，只有技術人員親臨現(xiàn)場方可排除，存在極大的不便。隨著信息技術的發(fā)展，高速數字信號處理芯片(DSP)的出現(xiàn)，使得數字化的控制在更廣闊電氣控制領域中應用有了可能性，也成為主要發(fā)展趨勢之一叫。DSP與一般微處理器的區(qū)別主要就在于指令處理速度極快、指令功能精簡強大，并且其中非常適合于控制領域的DSP芯片有著豐富的外圍模塊，可以大大提高系統(tǒng)的集成度。總之，有了高速數字信號處理芯片的支持，采用數字化的控制策略，不僅可以較好的解決模擬控制里的有關問題，而且還增加了模擬控制中很難實現(xiàn)的一些控制功能，把數字信號處理芯片(DsP)引入UPS主要優(yōu)點有：(1)數字化控制可采用先進的控制方法和智能控制策略，使得LIPS的智能化程度更高，性能更加完美11,9,10】。智能化控制代表了自動控制的最新發(fā)展階段，繼承了人腦的定性、變結構、自適應等思維模式，也給電力電子控制帶來了新的活力。在高頻開關工作狀態(tài)下，逆變電源的模型更加復雜化，模擬控制或經典控制理論都難以達到良好控制效果，而采用先進、智能化的數字控制策略，就可以從根本上提高系統(tǒng)的性能指標；(2)控制靈活，系統(tǒng)升級方便[11,121。數字控制系統(tǒng)的控制方案體現(xiàn)在控制程序上，而不必對硬件電路做改動，一旦相關硬件資源得到合理的配置，只需要通過修改控制軟件，就可以提高原有系統(tǒng)的控制性能，或者根據不同的控制對象實時、在線更換不同控制策略的控制軟件；(3)控制系統(tǒng)可靠性提高，易于標準化““?。由于數字控制的高可靠性，必然使得整個控制系統(tǒng)可靠性的提高，而且可以針對不同的系統(tǒng)(或不同型號的產品1，采用統(tǒng)一的控制板，只需要對控制軟件做一些修改，即可達到相應的控制效果，這對生產廠家而言是有著巨大的吸引力的；(4)系統(tǒng)維護方便?！啊啊?。系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，可以很方便地通過RS232或RS485接口或USB接口進行調試，故障查詢，歷史記錄查詢，軟件修復，甚至控制參數的在線修改、調試。這樣就可以以較低的成本完成自我校正及遠程服務，給廠家的售后服務帶來了極大的方便；3第l章引言(5)系統(tǒng)一致性好，成本低，生產制造方便㈣。由于控制軟件不會像模擬器件那樣存在差異，所以對于同一控制程序的控制板，其一致性是很好的，也沒有模擬系統(tǒng)中模擬器件調試帶來的個體差異性問題，那么同一控制板的一致性就會比模擬系統(tǒng)高很多。采用軟件控制，