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基于DSP的变频电源关键技术与算法的研究

2020-12-11阅读(346)

基于DSP的变频电源关键技术与算法的研究

论文摘要

随着现代电子技术的迅猛发展,社会对变频电源的需求与日剧增。传统变频电源采用模拟控制,存在器件易老化、热温漂等现象。高性能DSP控制器的出现,使得变频电源系统可以方便地实现灵活、准确的在线控制以及应用先进的控制算法。基于DSP的数字化变频电源已成为当今电源产品设计的潮流。本文以中科院制冷压缩机系统研制项目为背景,深入研究了变频电源设计过程中的关键技术和算法,其中包括SPWM生成算法,切换谐波抑制技术,死区补偿算法,输出滤波器设计技术及闭环控制实现算法。在此基础上,基于变频电源硬件平台,进行了算法改进和软件实现。具体体现在：通过三种SPWM生成算法的对比分析,选取了不对称规则采样法生成SPWM波,给出了基于DSP的算法实现过程及改进方案,实现了变频与变压的独立控制；在分析切换谐波产生原因的基础上,提出了电压半周期过零点切换和电压相位补偿两种谐波抑制方案,有效抑制了切换谐波并缩短了切换延迟时间；在死区补偿算法研究中采用DSP本身所带的电流补偿算法,并针对该算法电流过零点不易检测的问题,提出了改进的电流阈值补偿算法,改善了死区补偿效果；本文还对系统输出谐波规律进行了分析并设计出相应的LC输出滤波器；最后研究了基于DSP的电压平均值外环电流瞬时值内环控制算法的实现。为了验证上述关键技术和算法的实际性能,本文搭建了变频电源系统软硬件实验平台,给出了各硬件电路的设计方案并完成了各软件模块的设计。在已搭建的实验平台上,进行了上述关键技术和算法的测试实验,通过对实验结果的分析证实了上述关键技术与算法具有良好的性能。由于上述变频电源软件平台采用的是前后台程序,其在时间响应上得不到保障,因此论文最后研究了实时多任务操作系统uC/OS-II在DSP56F8346上的移植和应用过程,并给出了变频电源系统的多任务设计方案,进一步提高了系统的实时性和可靠性。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 目录
  • 第1章 绪论
  • 1.1 变频电源研究背景和意义
  • 1.2 变频电源研究状况与发展趋势
  • 1.3 变频电源数字控制策略概述
  • 1.4 选题依据与论文主要研究内容
  • 第2章 变频电源的总体结构及控制方案
  • 2.1 变频电源的性能要求和总体结构
  • 2.1.1 变频电源性能要求
  • 2.1.2 变频电源总体结构
  • 2.2 变频电源工作原理和主控芯片简介
  • 2.2.1 变频电源工作原理
  • 2.2.2 变频电源主控芯片简介
  • 2.3 变频电源系统控制方案
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 变频电源关键技术和算法及其改进
  • 3.1 SPWM波形生成算法
  • 3.1.1 自然采样法
  • 3.1.2 对称规则采样法
  • 3.1.3 不对称规则采样法
  • 3.1.4 不同SPWM生成算法的比较
  • 3.1.5 基于DSP的不对称规则采样法实现与改进
  • 3.2 变频调制技术和切换谐波抑制技术
  • 3.2.1 不同调制技术比较
  • 3.2.2 分段同步调制算法实现
  • 3.2.3 切换谐波产生原因分析
  • 3.2.4 切换谐波抑制技术
  • 3.3 死区补偿算法
  • 3.3.1 死区效应产生原因及其影响
  • 3.3.2 死区补偿算法简介
  • 3.3.3 基于DSP56F8346的死区补偿算法
  • 3.3.4 改进的电流阈值补偿算法
  • 3.4 谐波分析及输出滤波器的设计
  • 3.4.1 变频电源谐波分析
  • 3.4.2 输出滤波器设计技术
  • 3.5 闭环控制实现算法
  • 3.5.1 逆变电路建模
  • 3.5.2 数字PID控制器设计
  • 3.5.3 闭环控制算法实现
  • 3.6 本章小结
  • 第4章 变频电源系统软硬件平台搭建
  • 4.1 变频电源硬件平台搭建
  • 4.2 变频电源系统硬件各模块设计
  • 4.2.1 系统主电路
  • 4.2.2 驱动与隔离电路
  • 4.2.3 电压电流采样电路
  • 4.2.4 辅助电源设计
  • 4.3 变频电源系统软件开发平台搭建
  • 4.3.1 CodeWarrior IDE软件开发环境简介
  • 4.3.2 系统软件框架结构及功能划分
  • 4.3.3 主程序设计
  • 4.3.4 A/D采样子程序设计
  • 4.3.5 SPWM波形生成程序设计
  • 4.3.6 串口通信子程序设计
  • 4.3.7 PID控制器及电流死区补偿程序设计
  • 4.4 LabVIEW上位机界面设计
  • 4.5 本章小结
  • 第5章 变频电源软硬件平台实验及结果分析
  • 5.1 SPWM波形输出实验及谐波分析
  • 5.1.1 SPWM波形输出实验
  • 5.1.2 输出谐波分析
  • 5.2 分段同步调制算法谐波抑制实验
  • 5.3 死区效应补偿算法实验
  • 5.4 闭环控制算法实验
  • 5.5 本章小结
  • 第6章 uC/OS-Ⅱ操作系统在DSP56F8346上的移植和应用
  • 6.1 引言
  • 6.2 uC/OS-Ⅱ操作系统移植
  • 6.2.1 移植可行性分析
  • 6.2.2 具体移植过程
  • 6.2.3 CodeWarrior中PE移植uC/OS-Ⅱ的方法
  • 6.3 基于uC/OS-Ⅱ的变频电源软件任务设计
  • 6.3.1 任务划分
  • 6.3.2 任务设计
  • 6.3.3 中断服务子程序设计
  • 6.3.4 总体任务关联图
  • 6.4 本章小结
  • 第7章 结论与展望
  • 7.1 结论
  • 7.2 工作展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士期间发表论文

    • 相关论文文献

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