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基于重复控制的400Hz逆变电源数字控制系统研究

作　者: 陆帅
导　师: 李敏远
学　校: 西安理工大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 重复控制多环反馈数字控制逆变电源
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着现代科技的迅速发展,逆变电源的应用越来越广泛。同时,各行各业对逆变电源的性能也提出了更高的要求。在电力电子技术已经很成熟的情况下,电力电子交流波形精确控制技术成为电力电子技术的研究热点之一。逆变器的目标是在任何负载条件下,尤其是带非线性负载时,输出波形要求不但具有高的稳态性能,还应有很快的动态响应。单一的控制策略很难同时满足这两个方面的要求。因此,在各种控制策略当中取长补短,相互渗透,构成新型控制器是当今的一种发展趋势所在。本文研究了逆变电源的控制原理,分析了几种传统控制方案的特点,针对数字逆变电源输出电压波形畸变的问题,采用了重复控制技术解决方案,并针对重复控制自身存在的问题,引入了电压有效值外环和电容电流瞬时值内环控制技术。系统利用重复控制抑制非线性负载下的电压畸变；利用电压有效值外环控制幅值；利用电容电流瞬时值反馈控制加快负载突变时的动态响应过程,从而构成了多环反馈控制。该方案可以保证系统有较快的动态响应,稳态精度高,输出电压谐波畸变率小,并采用MATLAB中的SIMULINK、ORCAD等仿真软件建立仿真模型进行仿真实验分析,验证了多环反馈控制系统及其数字化的可行性与有效性。立足于工程实际应用与电源系统的具体要求,本文以TI公司TMS320F2812DSP为主控芯片,对基于重复控制的400Hz、115V三相逆变电源全数字控制系统的实现进行研究,使其达到良好的动态性能与稳态性能,并且三相相位差满足120度。实验结果表明：基于重复控制的多环反馈控制全数字化逆变电源获得了良好的工程实际运行效果。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-14
  1.1 引言  8-9
  1.2 逆变器数字控制技术的研究现状  9-12
  1.3 基于DSP实现数字化逆变电源优势  12-13
  1.4 课题意义及主要研究内容  13-14
2 系统建模与控制系统分析  14-23
  2.1 逆变电源主电路及系统建模  14-16
    2.1.1 空载系统模型分析  14-15
    2.1.2 整流性负载模型分析  15-16
  2.2 重复控制技术理论  16-19
    2.2.1 重复控制的基本思想  16-17
    2.2.2 重复控制器结构和功能  17-19
      2.2.2.1 重复控制器的内膜  17-18
      2.2.2.2 周期延时环节  18
      2.2.2.3 补偿器C(z)  18-19
  2.3 控制方案分析  19-23
    2.3.1 稳定性分析  20-21
    2.3.2 收敛速度和稳态误差分析  21-23
3 多环反馈控制器设计  23-33
  3.1 幅值环设计  23
  3.2 电流环设计  23-24
  3.3 重复控制器设计  24-28
    3.3.1 周期延迟系数  25
    3.3.2 积分系数的选取  25
    3.3.3 零相移陷波器S_1(z)设计  25-26
    3.3.4 二阶低通滤波器S_2(z)设计  26
    3.3.5 相位补偿环节z~k设计  26-27
    3.3.6 系统稳定性,收敛性和稳态误差验证  27-28
  3.4 多环反馈控制系统仿真  28-33
4 基于DSP的逆变电源硬件设计  33-45
  4.1 主电路设计  33-37
    4.1.1 整流滤波部分  33-34
    4.1.2 逆变部分  34-36
    4.1.3 变压器设计  36-37
    4.1.4 输出滤波电路  37
  4.2 控制电路设计  37-43
    4.2.1 DSP控制器TMS320F2812简介  37-40
      4.2.1.1 事件管理器模块(EV)  38-39
      4.2.1.2 A/D转换模块(ADC)  39-40
    4.2.2 采样及信号调理电路  40-41
    4.2.3 保护电路  41-42
    4.2.4 通讯电路  42-43
  4.3 三相逆变电源系统的实现  43
  4.4 控制系统硬件优化设计  43-45
5 基于DSP的逆变电源软件设计  45-53
  5.1 软件开发工具介绍  45-46
  5.2 控制系统的软件设计  46-49
    5.2.1 初始化  46-47
    5.2.2 PWM信号的产生  47-48
    5.2.3 逆变电源控制系统软件流程图  48-49
  5.3 逆变电源性能优化设计  49-53
    5.3.1 数字高通滤波器的设计及前馈参数的确定  50-51
    5.3.2 实验验证  51-53
6 实验结果分析  53-58
  6.1 样机技术指标  53
  6.2 实验结果及分析  53-58
结论与展望  58-60
附录  60-61
致谢  61-62
参考文献  62-65
在校期间发表论文及参加科研项目情况  65

基于重复控制的400Hz逆变电源数字控制系统研究

内容摘要

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