【正文】 特別要感謝我的父母與親人，正是他們默默地理解和支持才使我不斷的探索、不斷進(jìn)步，并給了我在挫折面前迎難上的勇氣和信心，最終讓我順利的完成學(xué)業(yè)。感謝我的研究生師兄胡常林對(duì)我的幫助，在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間他為我提供了很多重要的參考資料，并經(jīng)常正確的引導(dǎo)我設(shè)計(jì)的思路，是我少走了很多彎路。本論文的完成和李國(guó)進(jìn)老師的精心指導(dǎo)和幫助是分不開(kāi)的，李老師豐富的理論知識(shí)和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，寬廣深厚的學(xué)術(shù)功底，平易近人的工作作風(fēng)，使我在畢業(yè)設(shè)計(jì)的幾個(gè)月的學(xué)習(xí)工作中受益匪淺。同時(shí)這些設(shè)備又基本都是使用工頻交流電源的，所以正弦波逆變電源也將是未來(lái)發(fā)展的必然選擇。(2)、逆變電源最終的輸出不是穩(wěn)定的正弦信號(hào)。(6)、在Simulink中完成對(duì)獨(dú)立逆變系統(tǒng)模型的構(gòu)建并且仿真出波形。(4)、對(duì)PWM控制技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，并且在Simulink中制作生成雙極性SPWM波。(2)、分析比較升壓環(huán)節(jié)的各種結(jié)構(gòu)電路，并簡(jiǎn)單介紹了直流斬波升壓電路的工作方式及主要波形。最后通過(guò)在Simulink中構(gòu)建電路模型，仿真驗(yàn)證本文采用的設(shè)計(jì)方法的可實(shí)現(xiàn)性。第五章 總結(jié)及期望 總結(jié)本文首先從世界能源形勢(shì)和逆變技術(shù)發(fā)展歷程以及發(fā)展趨勢(shì)入手，簡(jiǎn)單介紹了獨(dú)立逆變系統(tǒng)的基本原理和系統(tǒng)組成、逆變電源技術(shù)和PWM控制技術(shù)。 圖48 系統(tǒng)總電路的仿真模型 圖49系統(tǒng)電源電流、輸出電流、輸出電壓的仿真波形本章最主要的工作就是針對(duì)電路進(jìn)行仿真，并觀察波形，所以在仿真之前對(duì)電路進(jìn)行構(gòu)建仿真模型的工作是至關(guān)重要的，因?yàn)橹挥心Ｐ徒⒄_最終才能得到預(yù)期的輸出，故在Simulink中挑選器件時(shí)必須非常仔細(xì)，以免因挑選錯(cuò)器件而造成仿真失敗。對(duì)其進(jìn)行仿真后可以得到如圖49所示的各種輸出波形，其中圖中至上而下的波形分別為電源電流、輸出電流以及輸出電壓。調(diào)整好參數(shù)后，運(yùn)行仿真并得到如圖47所示的仿真波形，其中示波器中每一屏的波形分別為電源電流、輸出電流以及輸出電壓。同時(shí)，為了方便觀察電路的工作情況，在測(cè)量電路輸出電壓的同時(shí)，另外還測(cè)量流經(jīng)電源的總電流以及流經(jīng)負(fù)載RL的輸出電流，并同時(shí)送到示波器中輸出觀察其波形，這樣便得到如圖46所示的全橋逆變電路的仿真模型。 圖212 全橋逆變電路在simulink中，該電路的全橋部分可以用一個(gè)通用橋來(lái)表示，也可以由4個(gè)IGBT和4個(gè)二極管Diode組成。調(diào)節(jié)好參數(shù)后，運(yùn)行程序，便可以得到如圖45所示的波形，其中每一屏所對(duì)應(yīng)的波形分別為：正弦波、SPWM波以及三角波，且由圖中可以看出SPWM波形為雙極性波形。 圖43 升壓電路的電壓輸出仿真波形 制作并生成SPWM波形因?yàn)樵谌珮蚰孀冸娐分?，由SPWM波信號(hào)來(lái)控制全橋中的IGBT管，所以在對(duì)逆變環(huán)節(jié)進(jìn)行仿真之前，應(yīng)該首先制作出SPWM波形，而由第三章我們又可以知道SPWM波是根據(jù)三角載波與正弦調(diào)制波的交點(diǎn)來(lái)確定的，根據(jù)這個(gè)原則，可以構(gòu)建出電路模型如圖44所示。(2)電容C取值越大，紋波越小，超調(diào)越大且調(diào)整時(shí)間越長(zhǎng)；反之，C越小，紋波越大，超調(diào)越小或者無(wú)超調(diào)，曲線(xiàn)比較平滑，而且調(diào)整時(shí)間也越小。經(jīng)調(diào)試后，電路的輸出波形如圖43所示，其中各個(gè)器件參數(shù)設(shè)置為：直流電源為DC=24V，開(kāi)關(guān)器件IGBT和二極管Diode使用默認(rèn)參數(shù)，電阻R=50，電感L=1e3 H，電容C=50e6 F，在脈沖生成器PWM的設(shè)置中，%，并且在示波器中，將Data history中l(wèi)imit data points to last前面復(fù)選框中的“√”去掉，以方便觀察波形。當(dāng)把上面所用到的器件都找齊之后，就可以按照直流升壓斬波電路連接電路，便可以得到如圖42所示的仿真模擬圖。為了方便觀察仿真輸出，所以應(yīng)在輸出端另外加上一個(gè)電壓檢測(cè)裝置Voltage Measurement，并且將其輸出值送入示波器Scope中。根據(jù)獨(dú)立逆變系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，可以將其分為PWM升壓電路和單相全橋逆變電路，下面分別對(duì)其進(jìn)行仿真建模。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間來(lái)進(jìn)行建模，為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶(hù)接口(GUI)，這個(gè)創(chuàng)建動(dòng)態(tài)過(guò)程只需要單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就可以完成，而且用戶(hù)可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果，所以，它為用戶(hù)提供了一種更加快捷、直觀明了的方式。此外，大量的第三方軟件和硬件可以應(yīng)用于或者被要求應(yīng)用于Simulink系統(tǒng)。 Simulink的簡(jiǎn)介Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供了一個(gè)動(dòng)態(tài)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境，在該環(huán)境中，無(wú)需大量書(shū)寫(xiě)程序，只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，便可以構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。在新的版本中也加入了對(duì)C、FORTRAN、C++ 和JAVA的支持。它可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶(hù)界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通信、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。MATLAB和Mathematica、Maple并稱(chēng)為三大數(shù)學(xué)軟件。 MATLAB的簡(jiǎn)稱(chēng)MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）的簡(jiǎn)稱(chēng)，是美國(guó)MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。當(dāng)時(shí)，和導(dǎo)通，和關(guān)斷，這時(shí)如果0，則和導(dǎo)通，如果0，則和導(dǎo)通，但是不管哪種情況都是= 。b)在的正負(fù)半周，對(duì)各個(gè)開(kāi)關(guān)器件的控制規(guī)律相同。a)在的半個(gè)周期內(nèi)，三角波載波有正有負(fù)，所得的PWM波也有正有負(fù)，在的一個(gè)周期內(nèi)，輸出的PWM波只有177。當(dāng)時(shí)，使關(guān)斷、導(dǎo)通，=0。b)在的負(fù)半周時(shí)，保持?jǐn)鄳B(tài)，保持通態(tài)。a)在的正半周時(shí)，保持通態(tài)，保持?jǐn)鄳B(tài)，當(dāng)時(shí)，使導(dǎo)、關(guān)斷，=。在的負(fù)半周，讓保持通態(tài)，保持?jǐn)鄳B(tài)，和交替通斷，負(fù)載電壓可以得到和零兩種電平。所以矩形波開(kāi)通時(shí)間為： (32)將上式離散化后可得： (33)式中， 為在波周期，I為第I個(gè)SPWM波，N為采樣的總個(gè)數(shù)。該方法只在三角波的頂點(diǎn)或者底點(diǎn)位置對(duì)正弦波采樣而形成階梯波，其原理如圖33所示。 圖32 用PWM波來(lái)代替正弦半波 規(guī)則采樣法生成SPWM波SPWM的控制就是根據(jù)三角載波與正弦調(diào)制波的交點(diǎn)來(lái)確定逆變器功率開(kāi)關(guān)器件的通斷時(shí)刻。 SPWM法的基本原理如圖32所示，把正弦半波分成N等份，就可以把正弦半波看成是由N個(gè)彼此相連的脈沖序列所組成的波形，這些脈沖寬度都等于，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線(xiàn)，而是按正弦規(guī)律變化的曲線(xiàn)。如圖31(a)、(b)、(c)、(d)所示，三個(gè)窄脈沖形狀不同，但是它們的面積都等于1，當(dāng)它們分別加在如圖31(e)所示的RL電路上時(shí)，并設(shè)其電流i(t)為電路的輸出，則其輸出響應(yīng)波形基本相同且如圖31(f)所示。 PWM控制的基本原理面積等效原理是PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)，即在采樣控制中，沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的同一環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同?，F(xiàn)在大量應(yīng)用的逆變電路，幾乎都是PWM型逆變電路。而就控制法而言，則有等脈寬PWM法、正弦波PWM法、磁鏈跟蹤PWM法和電流跟蹤PWM法四大類(lèi)。對(duì)象執(zhí)行機(jī)構(gòu)積分比例u(t)r(t)e(t)+c(t) 圖215 PI控制系統(tǒng)原理框圖 第三章 PWM控制技術(shù)原理及SPWM波的生成PWM控制技術(shù)實(shí)際上就是斬波控制技術(shù)，就是對(duì)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，即是通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效獲得所需要的波形(如正弦波、頻率和幅值)。積分環(huán)節(jié)最主要用于消除偏差，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。采用模擬或數(shù)字控制方式對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的某參數(shù)進(jìn)行的自動(dòng)控制成為過(guò)程控制，如圖214所示為一簡(jiǎn)單的PI反饋控制回路，傳感器或變送器檢測(cè)被控制量的值與給定值進(jìn)行比較得到偏差量，然后調(diào)節(jié)器按照一定的控制規(guī)律使操作變量變化，以使偏差趨近于零，再通過(guò)執(zhí)行器控制于過(guò)程，使輸出最終滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求。所以在過(guò)去的二十多年時(shí)間里，數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。自1982年美國(guó)TI公司推出第一個(gè)DSP芯片TMS32010以來(lái)，DSP芯片有了長(zhǎng)足的發(fā)展，它不僅在運(yùn)算速度上有了很大的提高，在通用性和靈活性方面也得到了極大地提高。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)無(wú)論是在理論上，還是在實(shí)際工程應(yīng)用中，都是目前發(fā)展最快的學(xué)科之一，并隨著科技的日益進(jìn)步而日益趨于完善和成熟。 DSP簡(jiǎn)介數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor，DSP)是針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的要求而設(shè)計(jì)的一種可編程單片機(jī)，是一門(mén)涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科，是現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 由DSP實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制隨著大規(guī)模集成電路、現(xiàn)代可編程邏輯器件以及數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor，DSP)技術(shù)的發(fā)展，逆變電源的全數(shù)字化控制成為現(xiàn)實(shí)。 由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制為了改善系統(tǒng)的控制的性能，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將微處理器與系統(tǒng)相連，在位處理器中實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制算法，然后通過(guò)輸入、輸出口或者脈寬調(diào)制口(PWM)發(fā)出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，微處理器還能將采集的功率轉(zhuǎn)換裝置工作數(shù)據(jù)顯示或傳送到計(jì)算機(jī)保存。由于所采用的器件特性存在差異，致使電源的一致性較差，而且模擬器件工作點(diǎn)的漂移