基于DSPIC 30F单片机的模糊控制三相不间断电源的设计

摘要

环境及能源问题是当今人类要面对的两大问题，鉴于燃料电池的发展前景船舶工作环境的特殊性及应用价值，船舶上对其的应用也将是一个趋势。基于此，本文采用燃料电池来提供稳定直流电源，设计了一种适于船用的中小功率不间断电源(UPS)。当船舶电力系统出现故障，船上许多设备可利用该UPS来维持运行，且保证当负载发生变化时，该船用UPS仍是可提供恒压恒频的稳定电源。
　　 随着智能控制的发展，智能控制的应用领域也日渐广泛。作为智能控制的一大分支，模糊控制不需要被控对象的精确数学模型即可实现对控制对象的准确控制，因此其具有很强的鲁棒性和自适应性。微处理器的迅猛发展令通过软件编程实现数字智能化成为可能，本文基于dsPIC30F4011在UPS稳压控制环节上采用了模糊PI控制方法，充分发挥了模糊控制的优越性，研制了三相模糊控制UPS。
　　 论文中首先介绍了课题研究的背景，包括燃料电池的发展及应用，逆变技术的应用及发展，UPS的发展应用及课题研究的意义。然后对课题设计中用到的理论基础及理论设计方案进行了分析及选择，主要包括UPS的整体设计方案，主电路的结构设计，控制回路的结构设计，SPWM控制原理，计算占空比的方案及模糊PI控制的算法的选择。之后根据上述设计方案对包括主电路和控制电路的硬件电路进行了具体设计，主要有三相逆变电路及其驱动电路，滤波电路，电压传感器检测电路，调理电路，电源电路等。课题中选用dsPIC30F4011微处理器作为主控芯片，硬件调试通过之后又完成了相关软件工作的设计以实现该三相UPS恒压恒频的功能。
　　 最后的实验结果表明:本文设计的基于DSPIC船用三相模糊控制UPS具有较好的稳压效果，为船舶小功率负载提供了一种很好的电源选择。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 能源问题及燃料电池

1．1．1 能源问题

1．1．2 燃料电池的特点及发展

1．2 新能源利用中的逆变技术及其发展状况

1．3 UPS及其发展现状

1．4 智能控制意义

1．5 课题的研究意义

1．6 本课题需解决的主要问题及论文结构

1．6．1 本课题需解决的主要问题

1．6．2 论文结构

第2章 UPS总体设计及电路分析

2．1 UPS的总体设计

2．2 主电路拓扑结构的选择与理论分析

2．2．1 三相逆变主电路拓扑结构选择

2．2．2 三相桥逆变原理

2．2．3 SPWM逆变概述

2．2．4 SPWM获取方法

2．3 基于模糊控制策略的电压闭环控制设计方案

2．3．1 电压闭环控制电路的设计方案

2．3．2 模糊控制策略在电压闭环控制电路的应用

2．4 本章总结

第3章 UPS硬件电路设计

3．1 主电路开关器件的选择

3．2 单片机及接口电路设计

3．2．1 DSPIC30F4011单片机概述

3．2．2 单片机液晶显示电路接口设计

3．3 功率管驱动放大电路及隔离电路的设计

3．3．1 驱动芯片的选择

3．3．2 自举电容的设计和自举二极管的选择

3．3．3 驱动电路的硬件设计

3．3．4 隔离电路的设计

3．4 滤波电路的设计

3．5 反馈回路的设计

3．6 工作电源的设计

3．7 本章小结

第4章 系统软件设计

4．1 开发工具与环境

4．2 系统主程序算法设计

4．3 SPWM模块程序设计

4．4 AD采样程序设计

4．5 模糊PI控制的软件实现

4．6 本章小结

第5章 基于DSPIC模糊控制三相UPS的实验研究

5．1 原理图及部分实物图

5．2 实验测试结果与分析

5．2．1 软件方面单片机SPWM输出结果测试与分析

5．2．2 总体系统的运行结果测试与分析

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢