數(shù)字化中頻SPWM逆變電源控制系統(tǒng)

可設(shè)逆變器的輸出的電壓的上限

，下限值為

。執(zhí)行如下操作：當(dāng)

時

,取消積分運算;當(dāng)

時,

;取消積分運算。即通過限幅防止控制量的飽和，控制量的飽和主要是由于積分項的飽和而引起的。積分飽和會導(dǎo)致被控量出現(xiàn)較大超調(diào)和長時間的波動，這對控制系統(tǒng)是不利的。

當(dāng)在輸出變化較小時，通過計算得到的PWM控制寄存器的值可能也會有小幅度的振動，這樣會使系統(tǒng)不穩(wěn)定。若設(shè)置適當(dāng)?shù)乃绤^(qū)范圍，則可以消除由此引起的振蕩，又不會太大影響輸出精度。

時，u(k)=u(k-1),控制量保持不變;當(dāng)

,按照PI算法，計算輸出控制量

。其中

為死區(qū)的閾值，依據(jù)系統(tǒng)的控制精度的要求來確定。設(shè)置死區(qū)可以減少執(zhí)行機構(gòu)的頻繁動作，增強系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

3.4 保護(hù)控制：

數(shù)字化控制的電源系統(tǒng)中，一般設(shè)置保護(hù)硬件和軟件兩套保護(hù)系統(tǒng)，確保出現(xiàn)故障能有效保護(hù)。通常是由硬件電路負(fù)責(zé)故障狀態(tài)的快速檢測，再通過軟件或硬件保護(hù)及時封鎖開關(guān)管的驅(qū)動脈沖。逆變器系統(tǒng)中保護(hù)及監(jiān)控部分通常包括過/欠壓，過/欠流等。故障保護(hù)的監(jiān)控過程為：通過采樣及A/D轉(zhuǎn)換將各種信號的數(shù)字量送到DSP，與相應(yīng)的保護(hù)門限值進(jìn)行比較，若超過門限值則采取保護(hù)措施。這樣不僅實現(xiàn)簡單而且還可以監(jiān)控各類故障，便于維護(hù)。由于故障保護(hù)是需要實時監(jiān)控的，而且一旦發(fā)生故障應(yīng)及時采取相應(yīng)措施控制輸出。因此應(yīng)在主程序中對各保護(hù)狀態(tài)量進(jìn)行實時查詢

4 軟件設(shè)計

通過前面的分析我們可以知道，逆變橋的SPWM信號由片內(nèi)PWM模塊實現(xiàn)，波形的控制和調(diào)節(jié)都需要在PWM調(diào)節(jié)周期中完成，屬于定時器管理事件。在進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器計算時還需要實時獲得、處理采樣值，這里主要利用片內(nèi)A/D模塊。另外，在和單片機進(jìn)行通信時可以利用SCI口實現(xiàn)，各類保護(hù)則是需要不斷查詢各個狀態(tài)量，根據(jù)其具體數(shù)值采取相應(yīng)的動作。系統(tǒng)軟件總的流程框圖如圖2：

圖2系統(tǒng)軟件的總體結(jié)構(gòu)流程框圖

程序首先對一些寄存器進(jìn)行設(shè)置，并且初始化所有的變量。然后使能所需的中斷，啟動定時器。開始執(zhí)行后臺一些對實時要求不高的程序，比如通訊等功能。CPU的中斷INT2,INT6按照一定的時間打斷后臺程序的執(zhí)行，讓CPU執(zhí)行一些實時要求高的程序，比如正弦波發(fā)生程序，電流、電壓采樣。

因為本系統(tǒng)對軟件的實時處理能力要求很高，所以絕大多數(shù)功能模塊是在中斷子程序中完成的。而且由于系統(tǒng)的功能模塊繁多，所以各模塊應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的要求嚴(yán)格按照先后順序執(zhí)行，以保證各模塊互不干擾，協(xié)調(diào)工作。INT2為定時器的中斷子程序，是最重要的一個子程序，在該子程序中主要完成對逆變器的控制，因此其中斷優(yōu)先級最高。一旦出錯那么整個系統(tǒng)的輸出就會發(fā)生畸變。最后是A/D的中斷子程序，在該子程序中讀取輸出電壓和輸出電感電流的轉(zhuǎn)換結(jié)果。

5 實驗結(jié)果

本章通過實驗將雙閉環(huán)技術(shù)對中頻逆變器的控制效果進(jìn)一步加以驗證，給出了實驗結(jié)果具體的實驗參數(shù)如下：輸入直流母線電壓270V;輸出電壓115V/400Hz;載波頻率25kHz; 輸出濾波電感3.4mH;輸出濾波電容3u; 輸出功率 。采用的控制芯片為TI公司的TMS320LF2407。圖3、圖4分別是阻性負(fù)載和感性負(fù)載時輸出電壓及電感電流波形。其中，CH1使用的是1：500的差分探頭?？梢钥闯觯敵鲭妷翰ㄐ蔚恼倚暂^好。測得阻性負(fù)載時總諧波含量為THD=1.124%，感性負(fù)載時總諧波含量為THD=1.620%。

圖3阻性負(fù)載時輸出電壓及電感電流波形

(CH1：濾波電感電流波形;CH2：輸出電壓波形)

圖4感性負(fù)載時輸出電壓及電感電流波形

(CH1：濾波電感電流波形;CH2：輸出電壓波形)

6 結(jié)論

本文所介紹的中頻SPWM逆變電源數(shù)字化控制系統(tǒng)以DSP作為主控芯片,結(jié)構(gòu)緊湊,可靠性高,而且成本低,調(diào)試方便,充分體現(xiàn)出了數(shù)字控制的優(yōu)勢?？傊?全數(shù)字化的實現(xiàn)大大減少了中頻SPWM逆變電源所需要的元器件,降低了生產(chǎn)成本,提高了集成度,使實現(xiàn)系統(tǒng)智能模塊化成為可能,并增加了系統(tǒng)的可靠性;全數(shù)字化還使得系統(tǒng)具有很強的可編程性,這樣使系統(tǒng)更易于更新和升級。

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