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基于F2812航空静止变流器数字控制技术的研究

作　者: 李峰
导　师: 赵珂
学　校: 南昌航空大学
专　业: 控制工程
关键词: ASI 模糊自适应PID控制重复控制 DSP
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

航空静止变流器(Aeronautical Static Inverter以下简称ASI)又称航空逆变电源，其主要作用是将航空低压直流电通过电力电子变流技术变换为单相或三相中频(400Hz)交流电,为机载用电设备提供电能。航空逆变电源工作于大气层复杂的电磁环境中，面临着瞬态响应慢、稳定性能差、输出波形易出现非线性失真等突出问题。机载设备因其工作场合的特殊性，数字化、高精度，以及良好的稳定性能已成为未来航空逆变电源发展的必然趋势。PID控制以其结构简单、稳定性好、等特点广泛运用于工业控制的各个领域。但常规的PID控制器参数无法根据系统的需求实现实时更新，难以得到最佳的控制效果，模糊自适应PID(Fuzzy-PID)控制基于模糊数学的基本原理，对PID控制的各参量实时修正，使之具有良好的抑制突变的能力，缺点是存在静差，无法兼顾系统的动、静态性能。重复控制是基于内模原理的一种控制思想，其特点是鲁棒性强，能很好的抑制周期性扰动使系统具有良好地静态特性，缺点是动态特性差对突变反应“迟钝”。本文对逆变输出的连续和离散模型进行数学建模，通过对比几种典型的控制方法的优缺点，从控制的角度出发对ASI提出了双闭环的控制模态下，模糊自适应PI控制和重复控制相结合的控制策略，使系统获得良好的动、静态性能，通过MATLAB/Simulink进行建模和仿真。F2812系列DSP芯片是目前在工控领域使用最为广泛的一款专用控制芯片，基于以上分析和仿真得到的实验数据，结合F2812的工作特点，对ASI的硬件部分进行设计，并在CCS3.3编译环境下进行软件设计以实现ASI的数字化控制。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第1章绪论  8-13
  1.1 选题的背景和意义  8-9
  1.2 控制模态概述  9-10
  1.3 控制策略及微处理器概述  10-12
    1.3.1 控制策略分类  10-12
    1.3.2 微处理器概述  12
  1.4 主要的研究内容  12-13
第2章 ASI 的结构与系统建模  13-20
  2.1 ASI 的结构组成  13
  2.2 单相 ASI 的 DC-AC 级建模  13-14
  2.3 PWM 调制  14-17
    2.3.1 SPWM 调制原理  14-15
    2.3.2 SPWM 的调制方式  15-17
  2.4 基于 MATLAB/Simulink 的 SPWM 仿真实现  17-19
  2.5 本章小结  19-20
第3章系统控制模态的设计  20-31
  3.1 逆变器的输出状态方程  20-23
    3.1.1 逆变器的输出传递函数  20-21
    3.1.2 连续域状态方程  21
    3.1.3 离散域状态方程  21-23
  3.2 开环控制的输出特性  23
  3.3 单闭环控制模态设计  23-26
    3.3.1 扰动输入模型  24-25
    3.3.2 电压单闭环控制模态  25-26
  3.4 双闭环反馈控制模态  26-30
    3.4.1 内环反馈量为电感电流  26-27
    3.4.2 内环反馈量为电容电流  27-28
    3.4.3 内环反馈量为电感电压  28-30
  3.5 本章小结  30-31
第4章控制策略的研究  31-48
  4.1 PID 控制策略  31-35
    4.1.1 PID 控制的原理  31-32
    4.1.2 PID 控制表达形式  32-33
    4.1.3 PI 控制器的设计  33-35
  4.2 模糊控制策略  35-40
    4.2.1 模糊控制的基本原理  36
    4.2.2 模糊控制器的设计  36-40
  4.3 重复控制策略  40-47
    4.3.1 重复控制的基本原理  40
    4.3.2 重复控制器的结构组成  40-43
    4.3.3 控制器稳定性分析  43-46
    4.3.4 控制器的收敛性与误差分析  46-47
  4.4 本章小结  47-48
第5章控制策略的复合及仿真  48-65
  5.1 模糊 PI 控制设计与仿真  48-54
    5.1.1 模糊 PI 控制的原理  48-49
    5.1.2 逆变电源模糊 PI 控制设计  49
    5.1.3 逆变电源模糊 PI 控制仿真  49-54
  5.2 逆变电源重复控制的设计与仿真实现  54-60
    5.2.1 滤波器 S(z)的设计  55-58
    5.2.2 补偿环节 C(z)的设计  58
    5.2.3 逆变电源重复控制的仿真实现  58-60
  5.3 复合控制的设计与仿真实现  60-64
    5.3.1 复合控制的原理框图  60-61
    5.3.2 复合控制的建模与仿真实现  61-64
  5.4 本章小结  64-65
第6章数字化控制的设计  65-77
  6.1 ASI 逆变级整体结构  65
  6.2 硬件电路设计  65-70
    6.2.1 主控芯片的选择  65-66
    6.2.2 功率管及驱动电路设计  66-68
    6.2.4 采样调理电路的设计  68-69
    6.2.5 温度检测电路的设计  69-70
  6.3 软件设计  70-74
    6.3.1 开发总体流程  70-71
    6.3.2 SPWM 信号的产生  71-72
    6.3.3 控制算法的实现  72-74
  6.4 实验结果分析  74-76
    6.4.1 驱动电路输出波形  74-75
    6.4.2 复合控制系统输出波形  75-76
  6.5 本章小结  76-77
第7章总结与展望  77-79
  7.1 本文完成的工作  77
  7.2 工作展望  77-79
参考文献  79-82
攻读学位期间发表的论文  82-83
致谢  83-84

基于F2812航空静止变流器数字控制技术的研究

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