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基于DSP的5KVA变频电源研制

2020-12-08阅读(772)

基于DSP的5KVA变频电源研制

论文摘要

变频电源自诞生以来,便以体积小、重量轻等特点,在节能、变频调速和改善电能质量方面起到了重要作用。如今随着现代科技和电子技术的迅猛发展,各行各业对变频电源提出了更高的要求：处理器的速度越来越高,控制算法越来越复杂,容量越来越大,体积越来越小,成本越来越低等。好的变频电源输出波形不但要具有高的稳态性能,还应有快的动态响应。如何利用现有的资源设计出更为优秀的电源是研发人员的工作方向。本课题以实际项目为背景,基于DSP控制核心对变频电源进行了设计和研究。文中详细介绍了变频电源主电路和驱动电路的原理及设计,并且给出了基于UC3842控制芯片的辅助电源设计流程,通过分析和计算阐述了变频电源系统中主要元器件的作用以及选型。提供了一套较为完整的电源系统设计方案。论文在完成硬件设计的基础上,对变频电源的控制策略进行了讨论,建立了系统的数学模型,通过对传递函数进行分析,提出了基于电压、电流双闭环PI调节的空间矢量控制方式,并根据实际情况对控制算法做出了适当优化。DSP系统作为变频电源的核心,是实现各种控制策略和保护功能的关键部分,也是电源控制部分的研究重点。论文充分考虑DSP系统设计的现状以及未来变频技术的需求,深入分析了通过DSP控制实现A/D采样,PI调节以及产生SVPWM波的具体方案,完成了以TMS320F2812DSP为核心的变频电源控制系统的软硬件设计,并通过C语言编程实现了文中提出的控制策略。文章最后利用MATLAB建立了变频电源系统的仿真模型,通过仿真进一步验证了理论分析的正确性。搭建了实验平台,并完成相关实验调试,采集了实验波形,对实验结果的分析证明了该控制策略下的变频电源系统具有良好的稳态和动态性能。

论文目录

  • 致谢
  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 目录
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题背景及意义
  • 1.2 变频电源简介
  • 1.2.1 逆变电源结构形式的演变
  • 1.2.2 变频电源的发展及现状
  • 1.3 变频电源控制方式
  • 1.3.1 PID控制
  • 1.3.2 状态反馈控制
  • 1.3.3 模糊控制
  • 1.4 本文主要研究内容
  • 第2章 变频电源硬件设计
  • 2.1 变频电源性能指标及总体结构
  • 2.1.1 电源系统性能指标
  • 2.1.2 系统总体设计
  • 2.2 主电路的设计
  • 2.2.1 整流部分
  • 2.2.2 软启动电路
  • 2.2.3 逆变部分
  • 2.3 主电路的元器件选择
  • 2.3.1 整流电路参数计算
  • 2.3.2 逆变电路参数计算
  • 2.4 缓冲电路
  • 2.4.1 尖峰电压产生原理
  • 2.4.2 缓冲电路设计
  • 2.5 输出滤波器
  • 第3章 辅助电路设计
  • 3.1 辅助电源设计
  • 3.1.1 控制芯片简介
  • 3.1.2 辅助电路总体结构
  • 3.1.3 变压器及开关管选择
  • 3.1.4 启动电阻电容
  • 3.1.5 缓冲保护电路
  • 3.1.6 稳压反馈电路
  • 3.2 驱动电路设计
  • 3.2.1 IGBT驱动器功率计算
  • 3.2.2 驱动部分的设计
  • 3.3 保护监测电路设计
  • 3.3.1 过欠压保护电路
  • 3.3.2 过流保护电路
  • 第4章 变频电源的控制方案
  • 4.1 SVPWM基本原理
  • 4.1.1 电压矢量与磁链矢量的关系
  • 4.1.2 基本电压空间矢量
  • 4.1.3 磁链轨迹的控制
  • 4.2 SVPWM的DSP实现
  • 4.2.1 确定扇区号
  • 4.2.2 计算主矢量、辅矢量、零矢量的作用时间
  • 4.2.3 过调制的处理
  • 4.2.4 装载DSP比较寄存器
  • 4.3 闭环控制系统设计
  • 4.3.1 逆变部分的数学模型
  • 4.3.2 闭环控制策略
  • 4.4 PI调节器
  • 4.4.1 调节器参数设计
  • 4.4.2 PI调节器的数字化
  • 4.4.3 PI调节器的优化及实现
  • 第5章 系统控制部分设计
  • 5.1 TMS320F2812简介
  • 5.2 控制系统硬件设计
  • 5.2.1 电源模块
  • 5.2.2 晶振电路
  • 5.2.3 复位电路
  • 5.2.4 存储器接口电路
  • 5.2.5 信号采样及调理电路
  • 5.2.6 JTAG接口电路
  • 5.3 系统软件设计
  • 5.3.1 控制系统总体功能介绍
  • 5.3.2 主程序流程
  • 5.3.3 空间矢量脉宽调制程序流程
  • 5.3.4 A/D转换子程序
  • 5.3.5 保护程序流程
  • 第6章 系统抗干扰设计
  • 6.1 干扰分析
  • 6.2 硬件抗干扰措施
  • 6.3 软件抗干扰技术
  • 第7章 仿真及实验结果
  • 7.1 变频电源系统仿真
  • 7.1.1 MATLAB/Simulink简介
  • 7.1.2 变频电源系统仿真模型
  • 7.2 变频电源实验部分
  • 7.2.1 实验硬件平台
  • 7.2.2 实验波形
  • 第8章 结论与展望
  • 参考文献
  • 附录A
  • 附录B
  • 附录C
  • 作者简历
  • 学位论文数据集

    • 相关论文文献

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