基于pwm正弦波电源的设计【最新】新增

2021-04-25 13:12:52本页面

基于pwm正弦波电源的设计【最新】新增


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摘要现代变频电源以低功耗、高效率、电路简洁等显著优点而备受青睐。变频电源的整个电路由交流直流交流滤波等部分构成,输出电压和电流波形均为纯正的正弦波,且频率和幅度在一定范围内可调。随着高性能DSP控制器的出现,逆变电源的全数字化控制成为现实。数字控制系统具有集成度高、抗干扰能力强、控制灵活、可实现先进的控制算法和便于实时控制等优点。采用DSP作为逆变器的控制核心,可以用软件很容易地实现灵活、准确的在线控制与全部故障检测。本文研究了基于PWM正弦波电源的设计。文章首先对逆变系统基本结构和控制策略作了详细的介绍,在此基础上选择了重复控制作为本信号电源逆变器的数字控制方式,对重复控制逆变器的稳定性、稳态误差进行了分析。

阐述了逆变系统的工作原理,分析了逆变系统中最常用的正弦脉宽调制方法及其产生办法,以及模拟、数字控制电路控制方法的优缺点。接着对双极性SPWM控制方式和单极性SPWM控制方式作了比较。经过比较,选用了实际滤波效果较好的单极性SPWM控制策略,并详细论述了其单边与双边SPWM的产生方法以及各自的控制方法。根据逆变电源的技术要求,提出了硬件电路中各部分的设计方案,完成了系统的软硬件设计,硬件系统包括全桥主电路设计、以DSP为核心的逆变控制系统、采样调理、驱动保护等,给出了各单元电路设计。控制系统软件则重点阐述逆变器数字控制系统主要环节的设计,给出了软件的总体结构、SPWM波形的实现,生成数字正弦基准,实现逆变器逻辑控制功能,即对逆变器的保护、监测进行控制等。

利用MIATLAB和SIMULINK仿真软件建立了逆变器的仿真模型,用以验证控制方案的可行性和有效性。其研究和分析的结果为逆变器的数字化控制的研究、完善和应用建立了基础。利用仿真工具软件对所设计的电力电子设备进行仿真,有利于缩短产品的设计时间,有于提高产品的可靠性。关键字:关键字:逆变器;数字控制;SPWMABSTRACTModernfrequencypowertolowpower,highefficiency,simplecircuitwhichfavoredsomeobviousadvantages.ThecircuitconsistsofPowerSupplyACDCACfilteringparts。

theoutputvoltageandcurrentwaveformsarepuresinewave,andthefrequencyandamplitudeadjustablewithinacertainrange.WiththeemergenceofhighperformanceDSPcontroller,powerinverterdigitalcontrolbecomeareality.Digitalcontrolsystemwithintegratedhighantiinterferencecapability,flexiblecontrol,advancedcontrolalgorithmscanberealizedandtheadvantagesofeasyrealtimecontrol。

InverterusingDSPasthecontrolcore,youcaneasilyusethesoftwareflexible,precisecontrolandfulllinefaultdetection.ThisarticleintroducesdigitalcontroltechnologiesofasinglephaseSPWMinverterbasedonTMS320LF2407.firstly,thebasicstructureandthecontrolstrategyoftheinvertersystemhavebeenintroduced,thenselectsrepetitivecontrolstrategyasthecontrolstrategyfortheinverter。

Secondly,thebipolarSPWMcontrolstrategyandtheunivocalSPWMcontrolstrategyhavebeencompared.Thirdly,accordingtothetechniquerequestoftheinverterpowersupply,thepaperputforwardtheprojectofthehardwareelectriccircuitandthecontrolelectriccircuitthatisexceptionallyintroduced,accomplishesthedesignsofsystemsoftwareandhardware。

Thesoftwarecarriesoutoutputwavecontrol,createsdigitalsinusoidalnormandimplementslogicalcontrolfunctionsofinverterthatis,inverterprotecting,monitoringandmeasurementandsoon.TheinvertersimulationmodelisestablishedbythesimulationsoftwareofMATLABandSIMULINK,whichisusedtovalidatethefeasibilityofeverycontrolstrategy。

Theresearchinthedissertation,tosomeextecthaspavedawayforthefurtherresearch,improvementandapplicationinthedigitalcontrolofinverter.Puttingthesimulationsoftwareintouseintheprocessoftheelectricequipmentsdesign,Itisgoodtoreducingthetimeoftheproductsdesign,anditisalsobenefittoimprovingthereliabilityoftheproducts。

KeyWords:Inverter;Digitalcontrol;SPWM目录第1章绪论11.1逆变器主要模拟控制技11.1.1电压型控制技术11.1.2单周期控制技术21.1.3数字化控制31.2数字控制的优越性31.3逆变电源数字控制方案41.4本文研究的主要内容5第2章逆变系统基本结构及控制策略62.1系统主要功能的实现62.1.1逆变系统基本结构62.1.2PWM信号的产生方式72.2SPWM控制技术及其原理82.2.1SPWM控制的基本原理82.2.2全桥逆变器的控制方式82.2.3SPWM控制脉冲的实现方法112.3重复控制技术132.3.1重复控制器的结构142.3.2周期延时环节142。

3.3补偿器C(z)142.4本章小结15第3章系统硬件电路设计163.1电源的整体结构和工作原理163.2逆变电源主电路设计173.2.1主电路结构选择173.2.2全桥式主电路设计173.3逆变控制系统的硬件架构183.3.1控制系统总体设计183.3.2电平转换电路193.3.3时钟电路193.3.4复位电路193.3.5采样及信号调理电路203.3.6驱动电路213.3.7保护电路223.3.8系统的抗干扰设计233.4本章小结24第4章系统软件实现254.1DSP系统软件设计254.2系统软件设计流程图264.2.1初始化模块274.2.2定时器中断服务模块284.3SPWM信号的产生294。

3.1事件管理模块294.3.2三角波载波的生成294.3.3基准正弦信号生成294.3.4PWM信号生成304.3.5产生驱动波形SPWM的程序流程图314.4A/D采样部分314.5重复控制部分334.6PI调节部分部分334.7本章小结34第5章逆变电源的仿真355.1系统仿真模型的建立355.2仿真结果365.3本章小节38第6章全文总结396.1本文的主要工作396.2展望39致谢40参考文献41附录42黄石理工学院毕业设计(论文)1第1章绪论随着网络技术的发展,对逆变电源的网络功能也提出了更高的要求。高性能的逆变电源必须满足:高的输入功率因数,低的输出阻抗;快速的暂态响应,稳态精度高。

稳定性高,效率高,可靠性高;低的电磁干扰;智能化;完善的网络功能。随着高性能的DSP控制器的出现,逆变电源的全数字控制成为现实。随着人们生活水平的日益提高,经济的迅猛发展,对能源的需求也越来越大,同时不可再生一次性能源的不断减少,节约能源及环境保护日益为人们所重视。电源是节约能源的重要环节,逆变电源技术在保持节约能源的同时还必须环保无污染。PWM的全称是PulseWidthModulation(脉冲宽度调制),它是通过改变输出方波的占空比来改变等效的输出电压。广泛的用于电动机调速和阀门控制,比如我们现在的电动车电机调速就是使用这种方式。所谓SPWM,就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式,脉冲宽度时间占空比按正弦规率排列。

这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。它广泛的用于支流交流逆变器等,比如高级一些的UPS就是一个例子。三相SPWM是使用SPWM模拟市电的三相输出,在变频器领域被广泛的采用。1.1逆变器主要模拟控制技1.1.11.1.1电压型控制技术电压型控制技术电压型单闭环控制框图及其空载时结构图,如图11所示。将逆变压反馈信号与基准电压信号进行比较,经误差放大器(PI调节器、PID调节器)后得到误差信号,将此信号与载波交截,经适当的逻辑变换和驱动电路后控制逆变器,如图11(a)所示。图11(b)中,G1(S)为误差放大器的传递函数,为PWM信号的占空比,N1、N2为变压器原、副边绕组匝数,为输出电压反馈系数。

黄石理工学院毕业设计(论文)2DCAC逆变器隔离驱动电路逻辑变换电路CiRLR1R2++CiCiLUiUABUo(a)单闭环控制框图1112ffCLs21/NN1k)(1sGuofkUofueuiUou(b)单闭环控制结构图图11电压型单闭环控制原理1.1.21.1.2单周期控制技术单周期控制技术对于电压型反馈控制和电流型反馈控制,当输入电压或负载变化时,系统达到新的稳态需要几个开关周期的动态调节时间。单周期控制技术,又称开关输出电压瞬时值控制技术,可在一个开关周期内瞬时控制输出信号,暂态过程只需一个开关周期。该控制技术可以应用于恒频PWM开关、恒定导通时间开关、恒定截止时间开关、变化开关。恒频PWM开关单周期控制原理。

恒频PWM开关,开关周期恒定,单周期控制调节导通时间,使得斩波波形的积分值等于基准信号。单周期控制技术,将非线性开关变为线性开关,是一种非线性控制技术。其动态性能优于电压型、电流型瞬时值控制技术,但经滤波器后输出电压的稳态精黄石理工学院毕业设计(论文)3度不及电压型、电流型瞬时值控制技术。1.1.31.1.3数字化控制数字化控制电力电子变换器的数字控制是电力电子发展的趋势门,也是现代逆变技术展的趋势,目前国内期刊和国际会议已有很多的文献报道。虽然数字控制极地简化了硬件电路,提高了系统的稳定性、可靠性和控制精度,但数控变换在实际使用中还存在许多待解决的问题,例如:变换器开关动作对采样的严重干扰;

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