數(shù)字化PWM逆變系統(tǒng)控制關(guān)鍵技術(shù)研究及其應(yīng)用.pdf

1、高頻全控型電力電子器件和高性能DSP控制器的問世，使PWM 逆變系統(tǒng)的數(shù)字控制成為當今電力電子技術(shù)的熱門研究領(lǐng)域。先進控制技術(shù)的應(yīng)用可以提高PWM 逆變系統(tǒng)輸出電壓的穩(wěn)定性和可靠性，同時改善系統(tǒng)的動穩(wěn)態(tài)等性能，便于系統(tǒng)的優(yōu)化升級和產(chǎn)品化。PWM 逆變系統(tǒng)向著數(shù)字化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展，本文針對數(shù)字化PWM 逆變系統(tǒng)，研究和開發(fā)系統(tǒng)控制關(guān)鍵技術(shù)，為系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)提供理論依據(jù)和實現(xiàn)途徑。
　　 (1)研究了數(shù)字化PW

2、M 逆變系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展趨勢；從數(shù)字化PWM 逆變系統(tǒng)的波形控制、脈寬調(diào)制與系統(tǒng)控制的角度，深入研究了逆變控制技術(shù)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)基礎(chǔ)；闡述了項目的研究背景和作者所承擔的開發(fā)任務(wù)。
　　 (2)對于數(shù)字化單相PWM 逆變器，將其主電路分為逆變橋單元和輸出濾波單元，分別建立二者的數(shù)學(xué)模型。逆變橋單元和PWM 產(chǎn)生過程等效為一個增益恒定的放大器，建立了輸出濾波單元的連續(xù)時間、離散時間模型，對LC 濾波參數(shù)進行了分析設(shè)計。對于數(shù)字

3、化三相PWM 逆變器，分別建立了基于三相靜止abc坐標系模型、基于坐標變換αβ坐標系模型和基于同步旋轉(zhuǎn)dq 坐標系模型，三相濾波單元可通過坐標變換解耦為兩個單相濾波單元，因而單相PWM 逆變器的研究方法和結(jié)論都可應(yīng)用于三相PWM 逆變器。為便于對逆變系統(tǒng)控制算法進行仿真研究，建立了單相和三相PWM 逆變器的Matlab仿真電路模型。
　　 (3)針對逆變系統(tǒng)負載適應(yīng)性能不強、動靜態(tài)性能不佳的特點，深入研究了幾種實用型逆變波形復(fù)合

4、控制策略。通過算法理論推導(dǎo)及分析，給出了各種復(fù)合控制策略的實現(xiàn)方法并做了相應(yīng)的仿真研究；對各種策略的特點和特性進行分析和比較。針對逆變系統(tǒng)，提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)模原理的逆變波形控制策略，建立了系統(tǒng)的正模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)?？刂破?，有效的提高了系統(tǒng)的逆變波形質(zhì)量和負載適應(yīng)性。
　　 (4)從載波調(diào)制和空間矢量調(diào)制的角度對單相和三相逆變系統(tǒng)的調(diào)制技術(shù)進行了深入研究。對于單相逆變系統(tǒng)，分析了采樣型SPWM 技術(shù)，給出了一種脈沖二重化數(shù)

5、字SPWM 技術(shù)，在相同載波頻率下獲得較普通SPWM 低兩倍諧波的波形。通過引入單相逆變系統(tǒng)“線電壓”的概念，實現(xiàn)了單相SVPWM 技術(shù)，研究結(jié)果證明了單相SVPWM 與載波PWM的統(tǒng)一性。對于三相逆變系統(tǒng)，將單相脈沖多重化SPWM 實現(xiàn)方法推廣到三相系統(tǒng)實現(xiàn)三相數(shù)字SPWM 技術(shù)；研究了三相SVPWM 技術(shù)的原理及實現(xiàn)方法；通過對兩電平以及多電平載波PWM和SVPWM兩類調(diào)制技術(shù)的對比研究，證明了三相SVPWM 與載波PWM的統(tǒng)一性。

6、研究表明SVPWM 通過在載波PWM 調(diào)制中迭加適當?shù)牧阈蚍至繉崿F(xiàn)，SVPWM通過對載波調(diào)制信號注入零序信號與載波PWM 相統(tǒng)一。
　　 (5)針對逆變系統(tǒng)控制與功能實現(xiàn)，重點分析研究了嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-II 平臺下的軟件鎖相控制算法。以逆變電源為例，實現(xiàn)了μC/OS-II 在LF2407A上的移植；對系統(tǒng)進行任務(wù)劃分和實現(xiàn)調(diào)度；推導(dǎo)了基于同步調(diào)制和基于異步變頻調(diào)制的軟件鎖相控制算法。利用LF2407A 微處理器，分

7、別給出了兩種軟件鎖相控制算法的DSP 實現(xiàn)方法，解決了旁路/逆變輸出切換時對系統(tǒng)和負載的沖擊問題和EPS 在系統(tǒng)斷電情況下快速起動、快速切換的問題。
　　 (6)應(yīng)用數(shù)字化PWM 逆變系統(tǒng)控制關(guān)鍵技術(shù)，研制高性能環(huán)保節(jié)能型數(shù)字化逆變電源系列定型產(chǎn)品，實現(xiàn)數(shù)字化升級換代，提高產(chǎn)品的性價比。本文重點針對一款70kW數(shù)字化三相EPS 新產(chǎn)品的研制工作，從控制關(guān)鍵技術(shù)算法的實現(xiàn)思想、核心硬件模塊開發(fā)、軟件系統(tǒng)設(shè)計等方面闡述數(shù)字化EPS系

8、統(tǒng)的設(shè)計創(chuàng)新。數(shù)字化逆變系統(tǒng)控制關(guān)鍵技術(shù)解決了控制精度、跟蹤速度和逆變輸出的切換時間、轉(zhuǎn)換效率等核心技術(shù)問題，整機技術(shù)性能指標到達有關(guān)標準要求和預(yù)期的設(shè)計目標，目前該機型已作為2010年新產(chǎn)品投入市場應(yīng)用。
　　 數(shù)字化PWM 逆變系統(tǒng)控制關(guān)鍵技術(shù)，逆變波形復(fù)合控制策略提高了逆變波形質(zhì)量、系統(tǒng)動靜態(tài)特性和負載適應(yīng)性；脈寬調(diào)制技術(shù)解決了逆變系統(tǒng)逆變控制問題，簡化了逆變算法，提高了逆變效率；軟件鎖相控制算法解決了EPS 旁路/逆變輸