基于dsp和增量式pi电压环控制的逆变器研究

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1、基于DSP和增量式PI电压环控制的逆变器研究

2、第1内容显示中图1单相全桥逆变器将电感用Ls表示，电容用1/Cs表示，可推导出输出电压Vo（s）与AB两点间电压Vi（s）之间的传递函数G（s）如式（1）所示。G（s）=500)this.style.ouseg(this)">=500)this.style.ouseg(this)">（1）忽略电感等效内阻，则式（1）可简化为G（s）=500)this.style.ouseg(this)">（2）在一个开关周期中，当S1及S4导通时，vi为－E；当S2及S

3、3导通时，vi为E。由于开关频率与输出频率相比为400，故一个开关周期中可以用平均值代替瞬时值。vi=ED＋(－E)(1－D)=(2D－1)E（3）本方案采用双极性SP，故D=500)this.style.ouseg(this)">（4）式中：vm为正弦波信号，vm=Vmsinωt；Vtri为三角载波峰值。则调制比M为M=500)this.style.ouseg(this)">（5）将式（5）代入式（3）可得vi≈500)this.style.ouseg(this)">（6）转化为频域有500)th

4、is.style.ouseg(this)">（7）由式（7）与式（1）可得式（8）500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">（8）此即逆变器输出传递函数，由此可得逆变器的等效框图如图2所示。500)this.style.ouseg(this)">图2逆变器等效框图2控制方案设计本系统采用电压环反馈，为提高动态性能，采用瞬时值控制。电压环控制中，采用增量式PI控制，同时对其算法进行了优化，确保输出具有较好的稳定性。控制器采用TI公司

5、的TMS320LF2407A，其最高工作频率可达40MHz，能够较好地实现以上算法。2.1电压环设计忽略电感等效内阻，电压环等效框图如图3所示。500)this.style.ouseg(this)">图3电压环等效框图图中：Kp为P环节等效增益，其大小为调制波到逆变器AB两端输出的增益；K为反馈回路中的电压采样系数。图3可简化为图4。500)this.style.ouseg(this)">图4电压环简化框图图中Kp系数已归于PI模块中。逆变器开关频率取为20kHz，输出为工频，则取LC滤波器的转折频

6、率fn为1kHz，综合考虑电感电流纹波与压降，取L=1mH，C=10μF。本实验取满载时R=40Ω。设PI环节传递函数为G（s）=Kp＋500)this.style.ouseg(this)">（9）则系统的开环传递函数为G（s）=K500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">（10）取PI补偿频率为500Hz，而系统的穿越频率为1kHz。则由式（10）可得500)this.style.ouseg(this)">=2π×500（11）

7、500)this.style.ouseg(this)">=1（12）式中：K为采样系数，实验中设计为0.014。联立式（11）及式（12）可得kp=39ki=124416其波特图如图5所示。500)this.style.ouseg(this)">图5电压环波特图从图5中可以看出，系统相角裕度为60°，满足稳定性要求。图6为仿真所得的输出波形。从图6中可看出，输出波形为正弦波，幅值为200V，频率为50Hz，与设计值相符。500)this.style.ouseg(this)">图6逆变输出波形2.2增

8、量式PI算法及其优化PI环节的传递函数为式（9），其对应的时域方程式为y（t）=kp500)this.style.ouseg(this)">（13）式中：y（t）为PI输出；e（t）为PI差动输入；Ti为积分时间常数；kp为比例系数。对式（13）离散化得yk=kp500)this.style.ouseg(this)">（14）式中：Ts为采样时间。这即是位置式PI控制，而若采用增量式PI控制，可避免误动作，同时运算不需要累加，对数字控制尤其方便。由式（14）可得yk－1=kp500)this.sty

9、le.ouseg(this)">（15）由式（14）与（15）可得yk=yk-1＋kp500)this.style.ouseg(this)">ek－kp·ek－1（16）式（16）为一般的增量式PI算法，但实际控制中，很多不稳定因素易造成增量较大，甚至比输出还大，进而造成输出波形不稳定，因此，必须对增量式PI算法进行优化。本方案采用饱和区判断法则，即对增量Δyk=kp500)this.style.ouseg(this)">ek－kp·ek－1（17）进行判断，当其绝对