基于DSP的单相SPWM逆变器数字化控制技术研究

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早期逆变器多采用模拟、开环控制,电路简单成本低,但输出波形谐波畸变、THD值高、系统动态响应慢,当负载突变时,输出电压会出现很大波动且需要较长时间才能稳定,当输入电压波动时,输出电压也不稳定。因此开环控制只适用于对电能质量要求不高的场合,而对于要求较高的场合,必须采用闭环控制策略来克服开环控制的局限性。如今,逆变电源应用日益广泛,并且随着高性能数字信号处理器(DSP )的出现,逆变电源的全数字化控制成为现实。数字控制硬件电路结构简单,可靠性高,可实现先进的控制算法及便于实时控制。本文研究了一种以TMS320LF2407A型DSP为控制核心的单相逆变器数字控制系统。本数字系统将输出电感电流引入控制系统,和输出电容电压一起形成双闭环控制,在双闭环控制系统中,外环回路是定值控制系统,内环回路是随动控制系统,外环调节器可以按照负荷变化相应地调整内环调节器的给定值,使调节系统仍然具有较好的品质,所以双环控制系统对负荷变化具有较强的适应能力,可使逆变电源的输出性能得到较大的改进。文章首先阐述了逆变电源数字化控制的优越性及现有数字控制策略,具体分析了SPWM单相全桥逆变电源的控制技术及其实现方式,建立了单相SPWM逆变器数学模型并利用MATLAB进行了仿真验证。针对以DSP为微处理器的逆变器数字控制系统,文章详细分析了其理论及实验需求,在此基础上,对整个硬件系统平台进行了详细的设计,包括电源整体结构、主电路、滤波电路、驱动电路、信号调理电路等。控制系统软件则重点阐述逆变器数字控制系统主要设计环节,给出了软件的总体结构。选定单输出电压控制、输出电压外环和电感电流内环的双环控制逆变器作为研究对象,通过在离散域的控制器设计,分析对比了两种控制策略下逆变器的稳定性和动态响应,结果表明双环控制逆变器在稳定性和动态响应上都要优于单电压环控制逆变器。最后,文章阐述了控制系统的实现,解决了实现逆变器数字控制系统面临的主要问题,并给出了原理样机的参数设计和实现控制思想的软件流程图,对原理样机进行了实验验证,实验结果验证了该控制系统的正确性和有效性。
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