【正文】 AB and SIMULINK, which is used to validate the feasibility of every controlstrategy. The research in the dissertation, to some extect has paved a way for thefurther research, improvement and application in the digital control of the simulation software into use in the process of the electric equipmentsdesign, It is good to reducing the time of the products design, and it is also benefit to improving the reliability of the products. Key Words: Inverter。隨著高性能的 DSP 控制器的出現(xiàn)，逆變電源的全數(shù)字控制成為現(xiàn)實(shí)。廣泛的用于電 動(dòng)機(jī)調(diào)速和閥門(mén)控制，比如我們現(xiàn)在的電動(dòng)車(chē)電機(jī)調(diào)速就是使用這種方式。 逆變器主要模擬控制技 電壓型單閉環(huán)控制框圖及其空載時(shí)結(jié)構(gòu)圖，如圖 11 所示。 單周期控制技術(shù)，又稱(chēng)開(kāi)關(guān)輸出電壓瞬時(shí)值控制技術(shù)，可在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)瞬時(shí)控制輸出信號(hào)，暫態(tài)過(guò)程只需一個(gè)開(kāi)關(guān)周期。 單周期控制技術(shù)，將非線性開(kāi)關(guān)變?yōu)榫€性開(kāi)關(guān)，是一種非線性控制技術(shù)。在很實(shí)際應(yīng)用的場(chǎng)合，往往采用模擬控制和數(shù)字界面 。 (4)系統(tǒng)維護(hù)方便，一旦出現(xiàn)故障，可以很方便地通過(guò) RS232 接口或 RS485 接口或 USB接口 進(jìn)行調(diào)試、故障查詢(xún)、歷史記錄查詢(xún)、故障診斷、 軟件修復(fù)，甚至控制參數(shù)的在線修改、調(diào)試，也可以通過(guò) MODEM 遠(yuǎn)程操作。從而有力地推動(dòng)逆變電源控制技術(shù)的發(fā)展。 PID控制無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)正弦指令的無(wú)靜差跟蹤，因此系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度不容易滿(mǎn)足要求。采用擾動(dòng)觀測(cè)器可以實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)負(fù)載電流，顯著增強(qiáng)了負(fù)載適應(yīng)性，是無(wú)差拍控制的一大改進(jìn)。由于狀態(tài)反饋控制對(duì)系統(tǒng)模型參數(shù)的依賴(lài)性很強(qiáng)，使得系統(tǒng)在參數(shù)和負(fù)載發(fā)生變化時(shí)易出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)偏差及動(dòng)態(tài)特性的改變。重復(fù)控制能使逆變器獲得低 TED 的穩(wěn)態(tài)輸出波形，其主要缺黃石理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 點(diǎn)是動(dòng)態(tài)性能差，是基于周期的控制。 (6)模糊控制 復(fù)雜的電力電子裝置是一個(gè)多變量、非線性、 時(shí)變的系統(tǒng)，系統(tǒng)的復(fù)雜性和模型的精確性總是存在著矛盾。需要較少的開(kāi)關(guān)脈沖即可消除容量較大的低階高次諧波、開(kāi)關(guān)頻率低、開(kāi)關(guān)損耗小、電壓利用率高、濾波容量小等許多優(yōu)點(diǎn)。主要內(nèi)容分為以下六章 : 黃石理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 1章主要介紹了逆變電源技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展、逆變電源數(shù)字化控制的優(yōu)越性，著重介紹逆變電源的現(xiàn)有數(shù)字控制策略， 分析其優(yōu)缺點(diǎn)。 第 4章具體介紹了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案。 黃石理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 2 章 逆變系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)及控制策略 系統(tǒng)主要功能的實(shí)現(xiàn) 逆變的直接功能是將直流電變換成交流電逆變系統(tǒng)的核心就是逆變開(kāi)關(guān)電路，或者叫逆變電路，通過(guò)電力電子開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷，完成逆變的功能。若是交流電網(wǎng)，除了濾波和 EMI 對(duì)策電路外，首先還要有整流電路。 (3)控制電路 控制電路的功能是按要求產(chǎn)生和調(diào)節(jié)一系列的控制脈沖來(lái)控制逆變開(kāi)關(guān)管的一導(dǎo)通和關(guān)斷，從而配合逆變電路完成逆變功能。 (5)逆變主電路 黃石理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 逆變主電路就是由逆變開(kāi)關(guān)器件等組成的變換電路，分為非隔離式和隔離式兩大類(lèi)。 PWM 信號(hào)的產(chǎn)生方式 按照 SPWM控制基本原理，在三角波和正弦波的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制功率開(kāi)關(guān)器件的通斷。 SPWM 控制技術(shù)及其原理 SPWM 控制的基本原理 SPWM控制方式就是對(duì)逆變電路開(kāi)關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來(lái)代 替正弦波或者其他所需要的波形。等腰三角波上下寬度與高度成線性關(guān)系且左右對(duì)稱(chēng)，當(dāng)它與任何一個(gè)光滑曲線相交時(shí)，即得到一組等幅而脈沖寬度正比該曲線函數(shù)值的矩形脈沖，這種方法稱(chēng)為調(diào)制方法。 全橋逆變器的控制方式 全橋逆變器的控制脈沖按 SPWM 調(diào)制方式，有單極性、雙極性和單極性倍頻調(diào)制三種 。負(fù)載端電壓脈沖列是由不同寬度調(diào)制的正負(fù)直流電壓組成。 單極性倍頻 SPWM調(diào)制原理分析如下 : 兩路脈沖占空比為 : ? ?1 1 sin2pDM ??正 = （ 21） ? ?1 1 sin2nDM ??正 = （ 22） 對(duì) P 路調(diào)制波 :當(dāng)調(diào)制波電壓高于載波電壓時(shí)控制左橋臂上管導(dǎo)通，下管關(guān)黃石理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 閉，反之相反 .同樣，對(duì) N 路調(diào)制波 :當(dāng)調(diào) 制波電壓高于載波電壓時(shí)控制右橋臂上管導(dǎo)通，下管關(guān)閉。于是 P前正脈沖跟與之相對(duì)應(yīng) N前正脈沖首尾的N 前負(fù)脈沖相差而得到有效 SPWM 波 Uab 正半波的兩 個(gè)脈沖，并且此相鄰二脈沖寬度相等 (規(guī)則采樣的特點(diǎn) :每個(gè)脈沖在載波周期中點(diǎn)處兩端等寬 )。因此，該控制方案可簡(jiǎn)化主回路和控制回路結(jié)構(gòu)、提高系統(tǒng)響應(yīng)速度。 (1)利用模擬電路生成 SPWM 脈沖 首先由模擬元件構(gòu)成的三角波和正弦波產(chǎn)生電路分別產(chǎn)生三角載波信號(hào) tU 和正弦波參考信號(hào) rU ，然后送入電壓比較器，從而產(chǎn)生 SPWM 序列，這種利用模擬電路調(diào)制方式的優(yōu)點(diǎn)是完成 tU 與 rU 信號(hào)的比較和確定脈沖所用的時(shí)間短， 幾乎是瞬間完成的。只要通過(guò)對(duì) tU 與 rU 的數(shù)學(xué)表達(dá)式聯(lián)立求解，找出其交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻 0t , 1t ... 黃石理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 6t 便可以確定相應(yīng) SPWM 波的脈沖寬度。 tU 和 rU 波形的交點(diǎn)求法可采用數(shù)值逼近法，規(guī)定一個(gè)允許誤差 ? ，通過(guò)修改 it值，當(dāng)滿(mǎn)足 ? ? ? ?t i r iU t U t ???時(shí)，則認(rèn)為找到了 tU 和 rU 波形的交點(diǎn)。 ②規(guī)則采樣法 采用三 角波作為載波的規(guī)則采樣法示意圖如圖 22： MU tAA ’B ’Bt 2 39。 規(guī)則采樣法使脈沖中點(diǎn)和三角波中點(diǎn)重合，通過(guò)兩個(gè)三角波峰之間中線與 rU 的交點(diǎn) M做水平線與三角波分別交于 A 和 B點(diǎn)，由交點(diǎn) A 和 B確定的 SPWM 脈寬為 2t , 2t 和 2t ’ 的數(shù)值相近，兩個(gè)脈沖之間相差了一個(gè)很小的△ t 時(shí)間。這種方法雖然有一定的誤差，但此誤差工程實(shí)踐證明是可以忽略的。由微處理器以軟件方式生成 SPWM 控制脈沖的方法具有抗干 擾能力強(qiáng)、控制電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是一種比較理想的控制方 案。為了發(fā)揮DSP 作為主控芯片的能力，故設(shè)計(jì)中采用了查表法實(shí)現(xiàn) SPWM脈沖的輸出。內(nèi)模原理的本質(zhì)是把系統(tǒng)外部信號(hào)的動(dòng)力學(xué)模型植入控制器以構(gòu)成高精度的反饋控制系統(tǒng)。 由內(nèi)模對(duì)誤差 e進(jìn)行逐周期的積分，起到對(duì)既往誤差信息記憶的作用，以便在誤差消失或變得很小的時(shí)候仍能輸出合適的控制量。由于指令信號(hào)和擾動(dòng)信號(hào)均為周期性，這樣可使控制信號(hào)對(duì)下一周期的控制作用具有一定的超前性，而且對(duì)于超前相位補(bǔ)償而言，此環(huán)節(jié)也是必需的。 Q(z)的黃石理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 作用就是提供幅值和相位補(bǔ)償，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定，并在此基礎(chǔ)上改善波形校正效果。 當(dāng)相位補(bǔ)償借助超前環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)，補(bǔ)償器 C(z)可以采用以下形式 : ? ? ? ?Nkrtz u C z K z S z? ? （ 214） 式中 kz 起相位補(bǔ)償作用的超前環(huán)節(jié) ； 比例項(xiàng) Kr類(lèi)似重復(fù)控制增益 ； 而濾波器 S(z)則起到以下三方面的作用 :將控制對(duì)象的中低頻增益校正為 1； 抵消控制對(duì)象較高的諧振峰值，使之不破壞穩(wěn)定性 ； 增強(qiáng)前向通道的高頻衰減特 性，提高穩(wěn)定性和抗高頻干 擾能力。 黃石理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 電源的整體結(jié)構(gòu)和工作原理 電源的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖 31所示 ： 整 流 濾 波 逆 變 電 路 濾 波 輸 出T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7隔 離 驅(qū) 動(dòng)S P W M 信 號(hào)產(chǎn) 生采 樣 調(diào) 理單 片 機(jī)L C D鍵 盤(pán)S P C E 0 6 1 A圖 31 電源整體結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)主要由以下幾部分組成 : (1)功率電路。該部分由 DSP(TMS320LP2407)以及附加的外圍電路組成。通過(guò)人機(jī)界面接收用戶(hù)的設(shè)定參數(shù)，與 DSP 實(shí)現(xiàn)通訊，以設(shè)定的頻率和波形作為當(dāng)前逆變器工作的參考電壓信號(hào)。輸出電壓經(jīng)過(guò)采樣后送給 DSP 處理， DSP對(duì)取樣信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的控制算法處理，輸出修正后的 SPWM 控制信號(hào)，使得輸出電壓穩(wěn)定在期望值?？刂齐娐分饕獙?shí)現(xiàn) SPWM 信號(hào)產(chǎn)生、閉環(huán)調(diào)壓、反饋采樣等功能 。本系統(tǒng)采用全橋式逆變電路 。這個(gè)高頻無(wú)極性電容黃石理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 可以抑制開(kāi)關(guān)管兩端 的電壓尖峰，從而對(duì)開(kāi)關(guān)管進(jìn)行保護(hù)。 LC 濾波具有以上兩種電路的共同優(yōu)點(diǎn)。主要包括控制電路 、 檢測(cè)電路 、 保護(hù)電路 、 顯示電路 、 通訊接口電路等。如果將 5V器件的輸出直接加在低壓 DSP 的管腳上，會(huì)使 DSP 損壞或工作異常。是 5V 還是 ， 是 TTL 電平還是 CMOS 電平等。考慮整個(gè)系統(tǒng)中需要時(shí)鐘的器件數(shù)目。 其中 XTAL1/CLKIN 是 PLL振蕩器輸入引腳 ； XTAL2 是晶振、 PLL 振蕩器輸出引腳 。通常，晶振需要 100200ms 的穩(wěn)定時(shí)間，則上電復(fù)位時(shí)間應(yīng)該大于等于 200ms。當(dāng)We 小于 1V 時(shí)， RESET 引腳不再 吸入電流而變?yōu)殚_(kāi)路，難以保證低電平有效。 黃石理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 V o ++ 1 2 V 1 2 V32+12 7 0D 13 . 3 V3 . 9 K3 . 9 KV o V +V S E N S O RV C CMV E EV S O U T+ 1 2 V 1 2 V3284+V A D C18+ 1 2 V 1 2 V圖 35 電壓采樣調(diào)理電路 設(shè)電壓傳感器的輸出電壓 soutV ，調(diào)理電路的輸出電壓為 ADCV ，從圖 310 有 : ? ? / 2 1 .6 5 / 2A D C s o u t D s o u tV V V V? ? ? ? （ 31） 只要電壓傳感器的輸出電壓幅值在 ~ 的范圍以?xún)?nèi)，則輸入到 AD口的電壓在 0~，可滿(mǎn)足要求。這是因?yàn)椋?IR2113 規(guī)定，只要輸入的電平高于 VDD 的 倍，則 IR2113 就認(rèn)為輸入是高電平從而在相應(yīng)的輸出通道輸出高電平，否則 IR2113 就輸出低電平?？梢酝ㄟ^(guò)硬件，也可以通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，由于過(guò)壓對(duì)負(fù)載造成的損壞往往在一瞬間完成，因此，在過(guò)壓時(shí)，須能迅速關(guān)斷信號(hào)電源中的功率管，而軟件保護(hù)有一定的延時(shí)，所以一般通過(guò)硬件保護(hù)方式或者同時(shí)采 用兩種保護(hù)方式。封鎖 PWM 信號(hào)是通過(guò) DSP 來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該引腳可以由 DSP 內(nèi)部的硬件實(shí)現(xiàn)保護(hù)，無(wú)需借助相應(yīng)的中斷子程序。在本系統(tǒng)中，以 DSP 為核心的數(shù)字電路容易受到主功率電路的強(qiáng)電磁干擾，這些干擾主要表現(xiàn)在地線上的共模干擾，容易導(dǎo)致程序跑飛和系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。 黃石理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 本章小結(jié) 本章首先就逆變電源整體結(jié)構(gòu)和工作原理作簡(jiǎn)要說(shuō)明，在此基礎(chǔ)上給出了主電路設(shè)計(jì)，并分析其工作原理 ； 詳細(xì)設(shè)計(jì)了逆變器控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)，包括 主控模塊、采樣模塊、 驅(qū)動(dòng)模塊、系統(tǒng)保護(hù)模塊等各單元電路的設(shè)計(jì)，并給出了硬件設(shè)計(jì)的抗干 擾性方法，重點(diǎn)分析了信號(hào)采樣及線性調(diào)理電路的原理及實(shí)現(xiàn)方法。上位機(jī)可以實(shí)現(xiàn)下位機(jī)狀態(tài)的顯示和簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)程控制，同時(shí)可以方便程序的調(diào)試。 (3)實(shí)時(shí)采樣輸出的電壓值，并獲得相應(yīng)的正弦給定，通過(guò)適當(dāng)?shù)倪\(yùn)算以獲實(shí) 時(shí)的誤差， 并實(shí)時(shí)的更新誤差向量。 (7)如果有故障發(fā)生， DSP 立即啟動(dòng)系統(tǒng)的軟件保護(hù)。也就是說(shuō)，逆變系統(tǒng)的控制 具有很高的實(shí)時(shí)性要求。 DSP接受來(lái)自上位機(jī)的命令，并向上位機(jī)反饋相關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)。因此在軟件設(shè)計(jì)中充分體現(xiàn)所設(shè)計(jì)軟件的靈活性，重構(gòu)性，開(kāi)發(fā)性。 定時(shí)器中斷服務(wù)模塊 電流采樣，電壓采樣是在定時(shí)器 1的中斷中處理。先對(duì)事件管理模塊作一介紹。 這個(gè)值決定三角波的周期，即設(shè)三角波周期為 Ta。由后面基準(zhǔn)正弦表的制作可知，為了提高正弦表中相鄰值之間的分辨率，宜將正弦表的最大值設(shè)置的盡量大，因此，用 DSP方法實(shí)現(xiàn)逆變的控制時(shí)，載波三角波的頻率選為 ，此做法可以使逆變電源得到良好的輸出正弦電壓波形。為了