基于DSP無(wú)差拍控制的逆變電源研究
引 言
隨著(zhù)高性能DSP控制器的出現,采用數字化控制的UPS電源已成為現在研究的熱點(diǎn)。基于DSP實(shí)現的數字雙閉環(huán)控制能有效提高電源系統的抗干擾能力,降低噪聲,提高效率和可靠性,進(jìn)一步有利于電源的智能化管理、遠程維護和診斷。在逆變器的多種控制策略中,重復控制技術(shù)能有效消除非線(xiàn)性負載和干擾引起的波形畸變;滑模變結構控制方法能使系統運行于一種滑動(dòng)模態(tài),能保證系統的魯棒性;模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )控制等智能控制不依賴(lài)控制對象的數學(xué)模型,適應于非線(xiàn)性系統;無(wú)差拍控制能夠瞬時(shí)控制電壓,對負載有很強的適應能力,有輸出總諧波畸變少,損耗少等優(yōu)點(diǎn); PID控制簡(jiǎn)單,并具有好的可靠性;新型數字化PID控制更能取得滿(mǎn)意的控制效果。各種控制策略各有優(yōu)缺點(diǎn),如果能把其中的兩種或幾種控制技術(shù)結合運用,將取得更好的輸出特性。基于此思想提出數字PID控制和無(wú)差拍控制技術(shù)相結合的控制策略。理論和實(shí)踐證明,該方法具有廣泛的應用前景。
1 系統結構設計
該系統選用的TMS320F2812芯片是TI公司的TMS320C28x系列中的一種,其指令執行速度快,從而可以在此基礎上實(shí)現復雜的控制算法,優(yōu)化系統的輸出特性。
基于該芯片的逆變電源系統框圖如圖1所示。整個(gè)系統由AC/DC,DC/DC,DC/AC,以及濾波電路和其他輔助電路構成。其中,DC/AC逆變器部分是整個(gè)系統的重要組成,逆變器采用單相全橋逆變電路,適應大功率場(chǎng)合。通過(guò)采樣電路采樣得到的輸出電壓和電流經(jīng)過(guò)DSP的A/D轉換器轉換成數字信號,作為數字控制器的反饋信號,經(jīng)與給定輸出信號比較后,再經(jīng)過(guò)控制算法調節器和脈寬調制器得到SPWM波控制IGBT功率管的通斷,從而改變輸出電壓的值,使其與給定輸入電壓相等。給定參考電壓由軟件方式實(shí)現,因此信號穩定無(wú)溫漂、無(wú)干擾。這種控制方法在負載變化較快時(shí)仍然能保證輸出電壓不發(fā)生畸變。
2 逆變器控制方案及其參數設計
2.1 逆變器建模及其控制策略研究
如圖2所示,圖中iL為電感電流;iC為電容電流;io為負載電流;uo為輸出電壓;R為逆變器負載電阻,VS1~VS4為逆變控制開(kāi)關(guān);r為電路阻尼電阻;L,C組成LC濾波器;E為逆變器輸入直流電源。
取x(t)=[uo(t)iL(t)]T為狀態(tài)變量,平均電壓ui(£)和負載電流為系統輸入,則主電路的狀態(tài)方程為:
式中:TS為采樣周期;ω0為二階LC濾波器的諧振角頻率。由此得出的電壓電流離散化狀態(tài)方程為:
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