基于单片机与SA4828的逆变器的改进理论和算法研究

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逆变器在工业、民用领域应用是很广的,作用也很大。它的一个主要的用途是:应用于工业运动控制、节能运行控制,这通过它对交流电动机变频调速实现。另一个是将直流电能转化成交流电能,这应用于电能传输,各种场合的交流供电等等。在普遍的逆变器应用中,逆变器输出的理想波形为正弦波,称此种逆变器为正弦波逆变器。   本课题设计实现了基于单片机和SA4828芯片产生驱动信号控制逆变器输出正弦波的单片机系统。其优点在于:(1)逆变器采用SPWM技术,SPWM指的是正弦脉宽调制,它利用面积等效原理,使调制出的输出波形(称为SPWM波)等效于正弦波,与采用传统技术的逆变器相比,大为减少了谐波分量,大大改善了逆变器的性能。本文对SPWM技术理论进行了研究综述,说明了其相对于传统技术的改进之处。(2)令逆变器输出SPWM波的方法有硬件、软件方法两类,软件方法比硬件方法更有优势。基于单片机和SA4828芯片产生驱动信号控制逆变器输出SPWM波是软件实现方法的一种,基于SA4828芯片设置完成后能独立产生SPWM驱动信号,无需占用单片机的时间,单片机有更多的时间进行系统的监测与控制,与其它软件实现方法相比,此方法具有实时性、可靠性更好的优点。本文详细地比较分析了此SPWM波实现方法相对于其它方法的优势。(3)软件设计是整个逆变器控制的核心,基于单片机和SA4828芯片的SPWM波实现方法结合合理的软件设计,令单片机有充裕的能力进行系统的监测、实时闭环控制,保障和提高了逆变器的实时性和可靠性,并令其动态特性好。本文重点研究了软件算法、设计方法与实现:研究了软件的较高效的架构、SA4828采用的实时快速产生SPWM信号的规则的采样算法、闭环调节采用的PID增量式算法的优点和参数设置,设计了主程序及各子程序。本逆变器控制软件基于SA4828进行设计,用89C52单片机控制SA4828的工作。软件为模块化结构,主体由主程序与四个中断程序组成,采用中断方式提高了CPU的利用效率。在基于单片机与SA4828的控制方式前提下,中断方法保障了逆变器对故障第一时间反应、处理,及时响应键盘操作,令显示清晰稳定;而电量的采集、计算和控制采取高优先级定时中断方式,保障了闭环控制的时间准确性和实时性,结合闭环控制采用的PID增量式算法,令逆变器对控制电量变化响应时间短,超调量小。设计的软件令逆变器实时性、可靠性、稳定性好。   设计出的单片机系统能令逆变器输出稳定的正弦波电压,并可在运行过程中接收用户的指令改变输出正弦波电压的频率、幅值和进行交流电动机的变频调速,功能齐全、电路简单、价格不高。经系统运行实验验证:逆变器输出等效正弦波电压稳定,测量的数据与预设值接近,所接电机运行平稳;与基于其它SPWM实现方法的逆变器相比,输出的正弦波形失真度更小,谐波分量更小。电机转速与输入频率有良好的线性关系,通过调节SPWM信号的频率可控制电机的转速。负载变化时,系统稳定到设定电压的响应时间较小,且输出振荡幅度小,超调量小,稳定性良好;与基于其它SPWM实现方法的逆变器相比,动态特性更好。证明,设计出的系统实时性、稳定性、可靠性好,性价比高。
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