逆变单元数字控制器的设计与实现

摘要

当今，数字化技术和并联化技术是逆变电源研究和应用的两大热点技术，本文属于逆变电源数字化技术研究和应用范畴。随着电力电子技术的发展，特别是处理器技术的快速发展，在市场应用中对逆变电源的高频化、高效率、高性能的要求，有了进一步提高。
　　本课题立足于当今科学技术的发展趋势，根据市场需求，使用当今主流处理器FPGA(Fidd-Programmbale Gate Array)技术作为控制核心，采用成熟稳定的多环控制策略。在本文中首先研制出15KW小功率单相逆变单元数字控制器，关键的是本设计研制的逆变单元是独立的数字控制器，而且对直流母线电压有很大的输入范围。在本文工作之后，将三台独立逆变单元级联为三相逆变电源，并且最终使用并联化技术研制出市场需求的大功率三相逆变电源。
　　本文开始分析了单相全桥数学模型，对全桥逆变单元主回路做了线性状态空间模型和离散状态空间模型分析，同时采用状态空间设计方法设计了逆变单元的数字控制器。接着分析了逆变单元中重要的SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation)调制方式，经过仿真验证证明倍频SPWM调制是最好调制的方式。然后研究了逆变单元的控制策略，其中主要是多环控制方法，重点说明了改进型多环控制方法，并通过大量的仿真实验，证明改进型多环控制方法是最佳的控制方法。然后是逆变单元控制系统的软硬件设计与实现，从硬件到软件全面的说明逆变单元数字控制器设计与实现过程。
　　最后根据课题进展的情况，在相关实验平台上做了一些实验，得到了与前面设计相符合的实验结果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现状分析

1．2．1 逆变电源输出波形控制概述

1．2．2 逆变电源数字控制技术概述

1．3 本文研究内容

第2章 逆变单元模型的建立与分析

2．1 逆变单元主电路模型

2．2 逆变单元数学模型

2．2．1 连续时间状态空间模型

2．2．2 离散时间状态空间模型

2．3 本章小结

第3章 逆变单元SPWM调制方式

3．1 SPWM调制方式

3．1．1 单极性SPWM

3．1．2 双极性SPWM

3．1．3 倍频SPWM

3．2 倍频SPWM的仿真

3．2．1 倍频SPWM的数学模型

3．2．2 倍频SPWM的调制机理

3．2．3 倍频SPWM的SIMULINK仿真

3．3 倍频SPWM的实现方案

3．3．1 计算法

3．3．2 查表法

3．3．3 调制法

3．4 本章小结

第4章 逆变单元控制策略的研究与仿真

4．1 单闭环控制方法与仿真

4．1．1 单闭环控制方法

4．1．2 单闭环控制方法的SIMULINK仿真

4．2 多环控制方法的原理

4．2．1 多环控制方法的电路原理

4．2．2 多环控制方法的控制原理

4．3 多环控制方法与仿真

4．3．1 多环控制方法的外环控制

4．3．2 多环控制方法的内环控制

4．3．3 多环控制方法的系统结构

4．3．4 多环控制方法的SIMULINK仿真

4．4 改进型多环控制方法与仿真

4．4．1 改进型多环控制方法的外环控制

4．4．2 改进型多环控制方法的内环控制

4．4．3 改进型多环控制方法的系统结构

4．4．4 改进型多环控制方法的SIMULTNK仿真

4．5 本章小结

第5章 逆变单元数字控制器软硬件的设计与实现

5．1 逆变单元硬件设计与实现

5．1．1 系统硬件总体设计

5．1．2 主控部分设计与实现

5．1．3 电源部分设计与实现

5．1．4 驱动部分设计与实现

5．1．5 A／D部分设计与实现

5．2 逆变单元软件设计与实现

5．2．1 系统软件总流程设计

5．2．2 PLL倍频设计与实现

5．2．3 倍频SPWM设计与实现

5．2．4 主控程序设计与实现

5．3 实验结果分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

致谢