单相正弦逆变电源数字控制算法设计与实现

【摘要】：随着信息技术的发展,逆变电源应用日益广泛。然而传统的逆变电源采用模拟电路控制导致了诸如电路复杂、调试困难、元件易老化、输出性能低等固有缺点。随着高性能DSP控制器的出现,逆变电源的全数字控制成为现实。从技术角度上来说,数字化的控制可以提高逆变电源的暂态、稳态响应等众多性能,从而提高逆变电源输出电压的稳定性和纯净程度,同时也提高了逆变电源自身的可靠性。本文顺应逆变电源当前发展趋势,提出并实现了一种基于DSP控制技术的单相正弦逆变电源数字化控制算法。 文章首先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。指出各种控制策略相互取长补短、相互渗透、互济优势,集成为复合控制器,是一种趋势所在。这些集成的控制器能够充分发挥各自的优势,而且更具有新的优良性能,能够更好地满足逆变电源的控制要求。 本文接着对逆变电源逆变系统进行了系统而完整的分析,建立了单相正弦逆变器的数学模型。进而针对单相正弦逆变电源,提出了一套基于改进的无差拍和重复控制相结合的复合控制算法。采用改进的无差拍控制以提高系统的动态响应,改进的重复控制以提高系统的静态响应。Matlab仿真表明该控制算法在线性负载和周期性非线性负载下均能跟随参考正弦波从而获得良好的动、静态响应效果。 在逆变控制算法的基础上,本文还建立了以DSP微处理器TMS320LF2407为主控制芯片的单相正弦逆变控制器实验平台,该平台还包括组成单相正弦逆变电源所需的采样、驱动、保护模块,接着本文详细阐述了实验方法,按照国家标准进行了一系列试验,从在各种情况下的试验结果可以看出,采用该复合控制算法而得到的单相正弦波稳定性高、失真度小。 最后,本文将所设计的单项正弦逆变电源复合控制算法应用于数字化不间断电源的设计中,提出和实验了采用嵌入式操作系统uC/OS-Ⅱ进行算法调度的数字化不间断电源设计方案。