基于单片机与SA4828的逆变器的改进理论和算法研究

摘要

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。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪 论

1.1 逆变器的研究意义

1.2 逆变器的SPWM控制技术

1.3 基于单片机与专用SPWM芯片控制逆变器的优势

1.4 本文的主要贡献

1.5 本文的章节安排

第二章 SPWM技术的研究综述

2.1 逆变器电路原理

2.2 逆变器的逆变传统技术

2.3 SPWM技术的原理及其特点

第三章 SPWM波的实现方法

3.1 硬件实现方法

3.2 几种软件实现方法的比较

第四章 基于SA4828的单片机系统的软件设计

4.1 单片机系统的功能

4.2 由单片机系统控制的逆变器的组成

4.3 单片机系统的人机界面

4.4 单片机的软件设计

第五章 基于单片机和SA4828的逆变器的运行结果

5.1 输出的线电压、电流波形

5.2 不同频率时测得的转速

5.3 系统电压的PID闭环调节效果

第6章 总结和展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

参考文献