【正文】 (000) (001) (011) (111) (011) (001) (000)第4扇區(qū) (000) (001) (101) (111) (101) (001) (000)第5扇區(qū) (000) (100) (101) (111) (101) (100) (000)確定了產(chǎn)生空間矢量PWM波形的規(guī)則后，就可以設(shè)計(jì) DSP控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)規(guī)則。程序由主程序和定時(shí)器下溢中斷子程序組成。主程序的工作是初始化，并給出逆變器輸出相電壓的頻率和幅值，以及開(kāi)關(guān)周期。定時(shí)器下溢中斷子程序工作是在每一個(gè)PWM 周期里，計(jì)算下一個(gè)PWM周期的三個(gè)比較寄存器的值，并送入到比較寄存器中，為此，必須根據(jù)式（）計(jì)算出Tx、Ty、Tz 。TMS320LF2407A DSP芯片外接10MHz，內(nèi)部4倍頻，則DSP 芯片的時(shí)鐘周期為40MHz，計(jì)數(shù)周期為25ns，定時(shí)器輸入時(shí)鐘源選擇內(nèi)部CPU時(shí)鐘，若逆變器的開(kāi)關(guān)頻率fs為20KHz ，開(kāi)關(guān)周期Ts為50μs ，定時(shí)器選擇連續(xù)增減的模式，則定時(shí)器周期Tt = Ts/2 = 25μs ，所以周期寄存器的值為40*25=1000。用DSP芯片的事件管理器B（EVB）來(lái)產(chǎn)生空間矢量PWM 控制規(guī)律，當(dāng)比較寄存器4中的值小于周期寄存器的值時(shí)，用來(lái)驅(qū)動(dòng)A 相上橋臂的引腳PWM7為負(fù)，驅(qū)動(dòng)A相下橋臂的引腳PWM8為正，所以A相為下通上不通，對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)模式的值為0。當(dāng)比較寄存器4中的值大于周期寄存器的值時(shí)，用來(lái)驅(qū)動(dòng)A 相上橋臂的PWM7為正，驅(qū)動(dòng)A相下橋臂的PWM8為負(fù)，所以 A相為上通下不通，對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)模式的值為1。同理比較寄存器5對(duì)應(yīng)引腳PWM9和 PWM10，它們分別用來(lái)驅(qū)動(dòng)B相的上下橋臂，比較寄存器6對(duì)應(yīng)引腳PWM11和 PWM12，它們分別用來(lái)驅(qū)動(dòng)C相的上下橋臂。根據(jù)表44的變化規(guī)則，在每個(gè)扇區(qū)，當(dāng)開(kāi)關(guān)模式（ABC）的相應(yīng)位的值從0跳變?yōu)?之前對(duì)應(yīng)的時(shí)間與比較寄存器的值成正比，其中位A 對(duì)應(yīng)比較寄存器4，位B對(duì)應(yīng)比較寄存器5，位C對(duì)應(yīng)比較寄存器6。如表45所示：表45 各個(gè)扇區(qū)相應(yīng)的比較寄存器的值扇區(qū)比較寄存器4 比較寄存器5 比較寄存器6 0 2/Tsz10?( + )2/Tsx/4z10?( + +2/Tsy/x)4z10? 1 ( + + )/y/x/4sz ( + +/sy/x10?2/4Tsz10?)2/4Tsz10? 2 ( + + )/Tsy2/x/4Tsz ( + +y/x)/sz 3 ( + + )/sy/x/sz10?( + )2/sx/4Tz10?24T10? 4 ( + )2/T/410?( + + )/y//s/sz 5 /sz( + + )2/Ts/x2/4Tz10?( + +2Ty/x)/4sz10?這里選擇在TMS320LF2407A DSP芯片的定時(shí)器3下溢中斷程序中計(jì)算三個(gè)比較寄存器的值。定時(shí)器3下溢中斷程序的流程圖如圖46。圖 46 定時(shí)器3下溢中斷程序的流程圖 SVPWM控制技術(shù)的Matlab仿真根據(jù)以上所述的SVPWM的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法來(lái)看。產(chǎn)生SVPWM 波的步驟主要是：判斷空間矢量 所在的扇區(qū)，然后根據(jù)公式計(jì)算兩相鄰有效空間矢?V量的作用時(shí)間Tx和Ty，然后再根據(jù)所處扇區(qū)確定空間矢量切換時(shí)間Tcm TcmTcm6(也就是要送入DSP 芯片比較寄存器的值 )，最后與工作在連續(xù)增減模式的定時(shí)器作比較產(chǎn)生PWM 波形。圖47是通過(guò) Matlab建立的SVPWM 控制系統(tǒng)模型，圖48是確定扇區(qū)的子系統(tǒng)模型，圖49是計(jì)算Tx 和 Ty的子系統(tǒng)模型，圖410是確定切換時(shí)間的子系統(tǒng)模型。圖411 是產(chǎn)生PWM波形的子系統(tǒng)模型。圖47 SVPWM控制系統(tǒng)模型 圖48 確定扇區(qū)Sector的子系統(tǒng)模型圖410 確定切換時(shí)間的子系統(tǒng)模型圖411 產(chǎn)生PWM波形的子系統(tǒng)模型當(dāng)給定空間矢量的幅值（相電壓）為150V時(shí)，對(duì)應(yīng)的 SVPWM線電壓波形如圖412 ，經(jīng)過(guò)模擬低通濾波器濾波后的線電壓波形如圖413。圖412 SVPWM線電壓波形圖413 經(jīng)過(guò)模擬低通濾波器濾波后的線電壓波形 數(shù)字 PI 算法現(xiàn)代逆變系統(tǒng)也是一種控制系統(tǒng)，也是通過(guò)調(diào)節(jié)一個(gè)或幾個(gè)參考值來(lái)改變逆變系統(tǒng)的輸出?，F(xiàn)代逆變系統(tǒng)也有開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)之分，但是所涉及的現(xiàn)代逆變系統(tǒng)一般都是閉環(huán)系統(tǒng)，因?yàn)殚_(kāi)環(huán)系統(tǒng)的輸出在電網(wǎng)電壓和負(fù)載變化時(shí)，根本沒(méi)有穩(wěn)定作用，控制效果太差，幾乎不能滿(mǎn)足任何一種逆變系統(tǒng)的要求。正是因?yàn)橛辛烁咝阅艿腄SP芯片，才使得無(wú)差拍控制，變結(jié)構(gòu)控制，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制及一些先進(jìn)的智能控制思想應(yīng)用到現(xiàn)化逆變系統(tǒng)中成為可能。但傳統(tǒng)的經(jīng)典控制也有其概念清晰，控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。特別是在中小型逆變系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)頻率一般在20kHz 左右，因此就要求閉環(huán)系統(tǒng)有較高的反饋速度，這樣所采用的控制策略就不能夠過(guò)于復(fù)雜。PID控制恰恰可以滿(mǎn)足這樣的要求，它能夠在較短的處理時(shí)間內(nèi)完成控制算法，并可以根據(jù)具體情況選擇合適的控制參數(shù)，以采取合適的過(guò)渡時(shí)間，清除靜差，抑制偏差變化率等。并且隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，還可以把一些先進(jìn)的控制策略引入到PID控制中，如模糊PID 控制。三相逆變器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖414所示，V g為給定電壓，V d是市電經(jīng)整流后輸出給三相逆變器的直流電壓。通過(guò)TI 公司的DSP芯片TMS320LF2407A可從軟件上實(shí)現(xiàn)PI 調(diào)節(jié)。圖414 三相逆變器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖由于三相逆變器系統(tǒng)不要求動(dòng)態(tài)響應(yīng)太快，但對(duì)控制精度要求高，所以這里采用PI 調(diào)節(jié)器。 數(shù)字 PI 調(diào)節(jié)器的 DSP 實(shí)現(xiàn)方法（1） 常規(guī)數(shù)字PI調(diào)節(jié)器常規(guī)的模擬PI 控制系統(tǒng)原理框圖見(jiàn)圖415，該系統(tǒng)由模擬PI 調(diào)節(jié)器和被控對(duì)象組成，r(t)是給定值， y(t)是系統(tǒng)的實(shí)際輸出值，給定值與實(shí)際輸出值構(gòu)成控制偏差e(t)。e(t) = r(t) ? y(t)e(t)作為PI調(diào)節(jié)器的輸入， u(t)作為PI調(diào)節(jié)器的輸出和被控對(duì)象的輸入。所以模擬PI 控制器的控制規(guī)律為 + ())(1)()(0???tIPdeTtKtu0u式中Kp——比例系數(shù) TI——積分系數(shù)。——開(kāi)始進(jìn)行PI控制時(shí)的原始值。0u圖415 模擬PI控制系統(tǒng)原理圖比例調(diào)節(jié)器的作用是對(duì)偏差瞬間作出快速反應(yīng)。偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，使控制量向減少偏差的方向變化?？刂谱饔玫膹?qiáng)弱取決于比例系數(shù)，比例系數(shù)越大，控制越強(qiáng)，但過(guò)大會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。積分調(diào)節(jié)的作用是消除靜態(tài)誤差，但它也會(huì)降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度，增加系統(tǒng)的超調(diào)量。采用TMS320LF2407A DSP芯片對(duì)逆變器進(jìn)行控制時(shí)，使用的是數(shù)字PI調(diào)節(jié)器 【20】 ，而不是模擬PI調(diào)節(jié)器，也就是說(shuō)用程序取代PI模擬電路，用軟件取代硬件。將式（）離散化處理就可以得到數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的算法： ()??????????0ueTKukjIkPk進(jìn)一步整理： 0)(ejekkIkP?式中 k——采樣序號(hào)，k=0，1，2，．．．；——第k 次采樣時(shí)刻的輸出值；ue k ——第k 次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；KI——積分系數(shù)， KI = KP/ TI；——開(kāi)始進(jìn)行PI控制時(shí)的原始值；0T——采樣周期。（2） 防積分飽和數(shù)字PI調(diào)節(jié)器引入積分環(huán)節(jié)的目的主要是為了消除靜態(tài)誤差，提高控制精度。但當(dāng)急增負(fù)載、急減負(fù)載或大幅度增減設(shè)定值時(shí)，短時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生很大的輸入偏差，這會(huì)使PI 運(yùn)算的積分積累很大，引起輸出的控制量增大，這一控制量很容易超出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的極限控制量，從而引起強(qiáng)烈的積分飽和效應(yīng)。這將會(huì)造成系統(tǒng)振蕩、調(diào)節(jié)時(shí)間延長(zhǎng)等不利結(jié)果。為了消除積分飽和效應(yīng)帶來(lái)的不利影響，在空間矢量PWM三相逆變器閉環(huán)系統(tǒng)中使用防積分飽和PI調(diào)節(jié)器。其算法如下： 1???kPSIeKu其 它 minaxminaxuussk???????)(1 skCkIkKTeI ????式中的積分飽和修正系數(shù) 。IPIPICT??/ PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員都會(huì)體會(huì)到調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定 【21】 是一項(xiàng)非常繁瑣而且費(fèi)時(shí)的工作。雖然，可用工程設(shè)計(jì)方法來(lái)求出調(diào)節(jié)器的參數(shù)，但是這種方法本身基于一些假設(shè)和簡(jiǎn)化處理，而且參數(shù)計(jì)算依賴(lài)于具體負(fù)載，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，依然需要現(xiàn)場(chǎng)的大量調(diào)試工作，針對(duì)這種情況，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在數(shù)字PI調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定方面做了不少研究工作，提出了不少模仿模擬調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的方法，如擴(kuò)充臨界比例度法，擴(kuò)充響應(yīng)曲線法，經(jīng)驗(yàn)法，衰減曲線法等，都得到了一定的應(yīng)用。在這里采用了一種簡(jiǎn)易的整定方法：歸一參數(shù)整定法。（1） 歸一參數(shù)整定法由式（）可知，PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定，就是要確定 T、K P 、T I 三個(gè)參數(shù)，為了減少在線整定參數(shù)的數(shù)目，根據(jù)大量實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，人為假設(shè)約束的條件，以減少獨(dú)立變量的個(gè)數(shù)，整定步驟如下：1） 選擇合適的采樣周期T，調(diào)節(jié)器作純比例KP控制。2） 逐漸加大比例控制K P，使控制系統(tǒng)出現(xiàn)臨界振蕩。由臨界振蕩過(guò)程求得相應(yīng)的臨界振蕩周期T b 。3） 根據(jù)一定的約束條件，例如取T = b， T I = 。這樣式（）中的三個(gè)參數(shù)的整定就簡(jiǎn)化成了對(duì)一個(gè)參數(shù)PK的整定，使問(wèn)題明顯地簡(jiǎn)化了。應(yīng)用約束條件減少整定參數(shù)數(shù)目的歸一參數(shù)整定法是有發(fā)展前途的，因?yàn)樗粌H對(duì)數(shù)字PI 調(diào)節(jié)器的整定有意義，而且對(duì)實(shí)現(xiàn)PI 自整定系統(tǒng)也將帶來(lái)許多方便。（2） 變參數(shù)PI控制三相逆變器系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中不可預(yù)測(cè)的干擾很多，若只有一組固定的PI參數(shù)，要在各種負(fù)載或干擾下，都滿(mǎn)足控制性能的要求是困難的，因此，必須設(shè)置多組PI參數(shù)，當(dāng)工況發(fā)生變化時(shí)，能及時(shí)改變 PI參數(shù)以與其適應(yīng)，使過(guò)程控制性能最佳。目前可使用的有如下幾種形式：1） 對(duì)控制系統(tǒng)根據(jù)不同工況，采用幾組不同的PI參數(shù)，以提高控制質(zhì)量，控制工程中注意不同參數(shù)在不同運(yùn)行點(diǎn)下的平滑過(guò)渡。2） 模擬現(xiàn)場(chǎng)操作人員的操作方法，把操作經(jīng)驗(yàn)編制成程序，然后由控制軟件自動(dòng)改變給定值或PI 參數(shù)。3） 編制自動(dòng)尋優(yōu)程序，一旦工況變化，控制性能變壞，控制軟件執(zhí)行自動(dòng)尋優(yōu)程序，自動(dòng)尋找合適的PI參數(shù)，以保持系統(tǒng)的性能處于良好的狀態(tài)。 模糊參數(shù)自整定PI控制器及其Matlab仿真，目前已形成模糊邏輯和模糊數(shù)學(xué)這兩門(mén)新興的學(xué)科，雖然它們僅僅有四十來(lái)年的歷史，但其理論和應(yīng)用已取得了豐富的成果。尤其是隨著模糊邏輯在自動(dòng)控制領(lǐng)域的成功應(yīng)用，模糊控制理論和方法的研究引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。1974年英國(guó)Mamdani首次將模糊邏輯用于蒸汽機(jī)的控制，在這之后，模糊控制在工業(yè)過(guò)程控制、機(jī)器人、交通運(yùn)輸、電力系統(tǒng)等方面得到了廣泛而富有成效的應(yīng)用。與傳統(tǒng)控制方法如PID控制相比，模糊控制利用人類(lèi)專(zhuān)家控制經(jīng)驗(yàn)，不需要被控對(duì)象有精確的數(shù)學(xué)模型，對(duì)于非線性、復(fù)雜對(duì)象的控制顯示了魯棒性好，控制性能高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)品質(zhì)好的優(yōu)點(diǎn)。本文應(yīng)用模糊推理的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)PI參數(shù)的在線自動(dòng)整定，并依此設(shè)計(jì)出全數(shù)字化的基于閉環(huán)控制的三相SVPWM逆變器系統(tǒng)的模糊參數(shù)自整定PI控制器。一個(gè)典型的模糊邏輯系統(tǒng)主要由如下幾個(gè)部分組成：（1） 輸入與輸出語(yǔ)言變量，包括語(yǔ)言值及其隸屬度函數(shù)。（2） 模糊控制規(guī)則。（3） 輸出變量的去模糊化方法。（4） 模糊推理算法。模糊參數(shù)自整定PI控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖416所示。本文在常規(guī) PI控制器的基礎(chǔ)，以三相逆變器的輸出電壓與目標(biāo)值的誤差e 和誤差變化率de/dt 作為輸入，用模糊推理的方法對(duì)PI參數(shù)Kp、KI 進(jìn)行在線自整定，以滿(mǎn)足不同 e和de/dt對(duì)控制器參數(shù)的不同要求，從而使受控對(duì)象具有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能。圖416 模糊參數(shù)自整定PI控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖根據(jù)理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，歸納出PI參數(shù)的整定原則如下：（1） 當(dāng)|e| 較大時(shí)，取較大的K p，使系統(tǒng)具有較好的跟蹤性能，同時(shí)避免出現(xiàn)較大的超調(diào)，應(yīng)對(duì)積分作用加以限制，通常取KI=0。（2） 當(dāng)|e|處于中等大小時(shí)，為使系統(tǒng)響應(yīng)超調(diào)量較小，K p應(yīng)取小些，KI的取值要適當(dāng)。（3） 當(dāng)|e|較小時(shí)，為使系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性，K p與KI 均應(yīng)取大些。根據(jù)PI參數(shù)自整定的原則，用于PI參數(shù)控制的模糊控制器采用2輸入2輸出的模糊控制器。該模糊控制器以|e|和|de/dt|為輸入語(yǔ)言變量，以K p和K I為輸出語(yǔ)言變量。輸入語(yǔ)言變量|e|和c的語(yǔ)言值取“高” （H），“ 中”（M ），“ 低”（L ），“零”（Z ）4種，輸出語(yǔ)言變量Kp和K的語(yǔ)言值也取“ 高”（H ），“ 中”（M），“低”（L ）， “零”（Z ）。他們的隸屬度函數(shù)都取三角形隸屬度函數(shù)。K p和KI的控制規(guī)則如表46和47 所示：表46 Kp的控制規(guī)則表|e||de/dt|Z L M HZ Z L M H L H H M H M H H M H H M M L L表47 KI 的控制規(guī)則表|e||de/dt| Z L M HZ Z M Z Z L H M Z Z M H H L Z H H M L Z在建立輸入輸出語(yǔ)言變量及其隸屬度函數(shù)，并構(gòu)造完成模糊規(guī)則之后，就可執(zhí)行模糊推理計(jì)算了，本文的模糊推理方法采用Mamdani型推理算法，此推理算法采用極小運(yùn)算規(guī)則定義模糊蘊(yùn)含表達(dá)的模糊關(guān)系。本文的輸出去模糊化方法采用面積中心法。模糊參數(shù)自整定PI控制系統(tǒng)的 Matlab模型如圖417，圖中控制對(duì)象的傳遞函數(shù)可變。圖418是當(dāng)控制對(duì)象