引 言

　　隨著科學技術發(fā)展，各種產(chǎn)品性能的提升，DSP越來越多在各個器件上的應用。DSP是一門涉及許多學科而又廣泛應用于許多領域的新興學科。20世紀60年代以來，隨著計算機和信息技術的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術應運而生并得到迅速的發(fā)展。數(shù)字信號處理是一種通過使用數(shù)學技巧執(zhí)行轉換或提取信息，來處理現(xiàn)實信號的方法，這些信號由數(shù)字序列表示。重復控制技術能有效消除非線性負載和干擾引起的波形畸變；滑模變結構控制方法能使系統(tǒng)運行于一種滑動模態(tài)，能保證系統(tǒng)的魯棒性；模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡控制等智能控制不依賴控制對象的數(shù)學模型，適應于非線性系統(tǒng)；無差拍控制能夠瞬時控制電壓，對負載有很強的適應能力，有輸出總諧波畸變少，損耗少等優(yōu)點； PID控制簡單，并具有好的可靠性；新型數(shù)字化PID控制更能取得滿意的控制效果，基于此思想提出數(shù)字PID控制和無差拍控制技術相結合的控制策略。理論和實踐證明，該方法具有廣泛的應用前景。

　　1 系統(tǒng)結構設計

　　DSP2812功能比單片機強大的多，TMS320F2812 是美國TI 公司推出的C2000 平臺上的定點32 位DSP 芯片，適合用于工業(yè)控制，電機控制等，用途廣泛，應該相當于單片的升級版。運行時鐘也快可達150MHz，處理性能可達150MIPS，每條指令周期6.67ns。IO口豐富，對用戶一般的應用來說足夠了。兩個串口。具有12位的0~3.3v的AD轉換等。具有片內(nèi)128k×16位的片內(nèi)FLASH，18K ×16 位的SRAM，一般的應用系統(tǒng)可以不要外擴存儲器。具體的指標你可以查閱相關的數(shù)據(jù)文檔。單片機電源是5v。dsp2812的內(nèi)核1.8v供電，IO是3.3v供電。單片機有貼片或DIP，2812的引腳根據(jù)封裝的不同有176腳的LQFP, 179腳的MicroStar BGA。

　　基于該芯片的逆變電源系統(tǒng)框圖如圖1所示。整個系統(tǒng)由AC／DC，DC／DC，DC／AC，以及濾波電路和其他輔助電路構成。通過采樣電路采樣得到的輸出電壓和電流經(jīng)過DSP的A／D轉換器轉換成數(shù)字信號，作為數(shù)字控制器的反饋信號，從而改變輸出電壓的值，使其與給定輸入電壓相等。給定參考電壓由軟件方式實現(xiàn)，因此信號穩(wěn)定無溫漂、無干擾。這種控制方法在負載變化較快時仍然能保證輸出電壓不發(fā)生畸變。

　　2 逆變器控制方案及其參數(shù)設計

　　2.1 逆變器建模及其控制策略研究

　　如圖2所示，圖中iL為電感電流；iC為電容電流；io為負載電流；uo為輸出電壓；R為逆變器負載電阻，VS1～VS4為逆變控制開關；r為電路阻尼電阻；L，C組成LC濾波器；E為逆變器輸入直流電源。

　　該逆變器采用容量為400VA的工頻變壓器，鐵芯采用45×60mm2的硅鋼片。初級繞組采用直徑1.2mm的漆包線，兩根并繞2×20匝。次級取樣繞組采用0.41mm漆包線繞36匝，中心抽頭。次級繞組按230V計算，采用0.8mm漆包線繞400匝。開關管VT4～VT6可用60V/30A任何型號的N溝道MOS FET管代替。VD7可用1N400X系列普通二極管。該電路幾乎不經(jīng)調(diào)試即可正常工作。當C9正極端電壓為12V時，R1可在3.6～4.7kΩ之間選擇，或用10kΩ電位器調(diào)整，使輸出電壓為額定值。如將此逆變器輸出功率增大為近600W，為了避免初級電流過大，增大電阻性損耗，宜將蓄電池改用24V，開關管可選用VDS為100V的大電流MOS FET管。

　　取x（t）=[uo（t）iL（t）]T為狀態(tài)變量，平均電壓ui（￡）和負載電流為系統(tǒng)輸入，則主電路的狀態(tài)方程為：

　　式中：TS為采樣周期；ω0為二階LC濾波器的諧振角頻率。由此得出的電壓電流離散化狀態(tài)方程為：

　　針對該逆變器所設計研究的控制方法：采用雙閉環(huán)控制算法調(diào)節(jié)系統(tǒng)的動靜態(tài)特性，內(nèi)環(huán)采用無差拍控制方法，尤其對非線性負載，輸出波形失真小，可以改善系統(tǒng)的動態(tài)響應特性；外環(huán)采用瞬時值的數(shù)字PI算法，輸出電壓的瞬時值信號直接反饋，與參考正弦電壓比較，使輸出電壓穩(wěn)定在設定值上，并抑制輸出電壓的畸變。兩種控制算法能互相彌補各自控制上的不足，使系統(tǒng)得到較好的控制效果。

　　2.2 電流內(nèi)環(huán)

　　內(nèi)環(huán)采用干擾無差拍控制策略，結合離散化狀態(tài)方程和系統(tǒng)主電路圖分析結果，可以得到無差拍控制實現(xiàn)方法為：　　

　　可以通過采用一個二階預估方法對負載電流io(k+1)進行預估有：

　　而iref(k+1)可從外環(huán)控制算法中得出。

　　2．3 電壓外環(huán)

　　電壓外環(huán)采用增量式PI算法，其差分方程可以表示為：

　　PI調(diào)節(jié)器性能的好壞取決于KP，KI的選取。PI參數(shù)可以從理論上算出，但是由于系統(tǒng)參數(shù)的擾動性，采用仿真調(diào)試的方法來確定具有更實際的價值。

　　2.4 PWM波的生成

　　通過預估算法得到正弦參考電流iref（k），再根據(jù)內(nèi)環(huán)控制算法可以算出uI（k），從而得到開關的控制時間，即PWM的脈沖時間，IGBT的導通時間為：

　　得到導通時間后，要進一步確定DSP中PWM輸出寄存器的值。從而使DSP實現(xiàn)了對IGBT的通斷時間的控制。

　　3 逆變器控制電路的仿真研究

　　搭建逆變器控制方法研究的仿真模型如下：

　　主電路參數(shù)：電感L=10 mH，電容C=20μF，額定阻性負載R=50 Ω，開關頻率fS=1／Ts=10 kHz，直流電源電壓E=310 V，輸出電壓有效值uo=220 V，頻率f=50 Hz。

　　逆變器的主電路由直流穩(wěn)壓電源模塊、全橋開關管模塊、LCR模塊、電壓、電流測量模塊、信號輸入模塊等部分組成；電壓外環(huán)采用Simulink模塊庫中的PI離散控制模塊；電流內(nèi)環(huán)采用S函數(shù)子模塊。仿真結果如圖3、4所示。

　　4 結 語

　　如同上文所述，逆變器在工作時其本身也要消耗一部分電力，源逆變也有無源逆變。比如說直流電壓，經(jīng)過一個簡單的單相H型晶閘管橋，H的橫就是那個輸出，H的豎線上各有四個晶閘管，編號上12，下34，則分別開通14和23就得到正負相隔的輸出電壓和電流了。逆變器的效率即是逆變器輸出功率與輸入功率之比。