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超低成本正弦波逆变器(单MCU实现DC-DC-AC)

去年在网上发布了一个用ATmega8做SPWM的例子,有不少网友关注,有位上海的网友说:只做理论与仿真,说服力太小,最好能做出一个样机,然后去推广自己的案.
         之所以采用MCU做正弦波逆变器,因为使用MCU设计有很多优点:
1、电路简洁,元件少,成本低.采用单MCU实现DC-DC-AC(DC12V-DC350V-AC220V50Hz)MCU自带的ADC及PWM功能,可对电压及电流进行采样,经程序计算后驱动PWM输出,不需增加太多元件可实现久压,过压,过载等保护.
2、工作稳定可靠.在整个系统中,模拟部份只有一两个ADC对电压及电流进行采样,其它功能都由软件实现,只要设计好ADC抗干扰能力,就可保证系统稳定运行,而不像纯硬件系统太多的电压电流采样回路及反馈控制回路,使其容易受到干扰,而导致不稳定现象.
3、一致性好,可轻易实现生产时自动较正输出电压.纯硬件系统由于采样回路及反馈回路多,元件也较多,元件特性不一及受干扰等因数,使得其离散性很大,生产时通过人功调节电位器方式来校正输出电压,给生产带来及大不方便.而MCU控制的正弦波逆变器元件少抗干扰能力强,所以一致性好,在生产测式治具上加装一片检测输出电压的MCU可实现对逆变器输出电压自动校正,可大大提高生产效率.
4、输出电压稳定,失真小.纯硬件大都采用正弦波信号发生与三角波进行比较再与反馈回路结合方式获得,SPWM输出,其中每部份都容易受到干扰或产生较大失真的波形.而MCU正弦波逆变器利用相想的正弦波信号与外部电压电流采样运算后输出SPWM波形.

样机已调式能输出,先发出来与大家导论一下在.

下面是输出波形


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madboy21
LV.8
2
2008-04-05 12:28
样机设计是一款120W的正弦波逆变器,前天才调试好输出的,输出电容用了一只1uF/400v的电容,电感是一个铁粉芯磁环,电感量约80uH,上电空载时输入电流为1.6A,不到半分钟输出电感在冒烟.估计是这个电感不合适在这里使用,波形毛边较多,可能也是和这电感有关.
对这个有兴趣的朋友请关注后续改进后的波形及电压等参数.
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madboy21
LV.8
3
2008-04-05 12:38
上传上一个标准正弦波波形,用作对比参考
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/64/2045691207370336.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
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pzdy
LV.6
4
2008-04-05 13:28
@madboy21
上传上一个标准正弦波波形,用作对比参考[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/64/2045691207370336.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">
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okin
LV.4
5
2008-04-05 14:33
@madboy21
上传上一个标准正弦波波形,用作对比参考[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/64/2045691207370336.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">
可以做到1000W吗?
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madboy21
LV.8
6
2008-04-05 21:00
@pzdy
此帖已被删除
现在应该是输出电感出了问题,出输出电感发热很历害.
DC-DC部份空载是140mA,我觉得还是大了,改了PWM频率,效果不是很明显
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madboy21
LV.8
7
2008-04-05 21:05
@okin
可以做到1000W吗?
最初设计是想做一个1000W的样机,后来想想,在车载正弦波逆变器中120W的用得多,要加大功率输出,只需增大相应器件及组件的功率就可以了.
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madboy21
LV.8
8
2008-04-05 21:34
joanny
LV.5
9
2008-04-05 22:30
所提的4个优点都是入门级别的形尔上学的简单想法.

单片机模拟输出正弦波在要求不高的场合电路简洁,元件少,成本低差不多可以实现,要求高的场合不一定成本低,外围元件也不会象想象的那么简洁.用单片机上的AD转换采样电压电流需要的电路设计要求更高,温度补偿也是很难搞的.频繁使用多个中断本身会降低SPWN输出的精度.
驱动不足还要加专驱(附图中楼主的被动关断在12V电池下,关断时间会很长,场效应管的发热会增大,特别在PWM使能开关管的情况下,应选主动关断型的驱动形式或专驱).
第二点中说来说去有什么区别?还不是要有电压电流采样回路及反馈控制回路,只要有反馈就肯定存在有干扰.单片机抗干扰难道象SG3525这样的IC就不抗干扰吗?有什么可比的参数吗?关键还是在电路的设计上.
一致性在大批量生产中跟元器件的选择关系最大,每个元器件都存在精度的问题.难道主变压器也可以用单片机取代吗?电阻也用单片机取代吗?
"在生产测式治具上加装一片检测输出电压的MCU可实现对逆变器输出电压自动校正"不知道是怎么实现的?用机器人吗?还是做一个复杂的设备上位机用电脑,检测输出电压再矫正参数用ISP下载回调试板,应该是这样理解的吧,那还是要有人一个个去弄啊.搞不清比调节电位器要快上几秒了.晕
第四点更显一相情愿的想法.纯硬件控制比较单片机控制要更实时,失真更小.不是简单加大单片机的晶振能做到的.
总结--瞎说!不是你就是我..

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/64/371451207405754.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
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madboy21
LV.8
10
2008-04-07 00:23
@joanny
所提的4个优点都是入门级别的形尔上学的简单想法.单片机模拟输出正弦波在要求不高的场合电路简洁,元件少,成本低差不多可以实现,要求高的场合不一定成本低,外围元件也不会象想象的那么简洁.用单片机上的AD转换采样电压电流需要的电路设计要求更高,温度补偿也是很难搞的.频繁使用多个中断本身会降低SPWN输出的精度.驱动不足还要加专驱(附图中楼主的被动关断在12V电池下,关断时间会很长,场效应管的发热会增大,特别在PWM使能开关管的情况下,应选主动关断型的驱动形式或专驱).第二点中说来说去有什么区别?还不是要有电压电流采样回路及反馈控制回路,只要有反馈就肯定存在有干扰.单片机抗干扰难道象SG3525这样的IC就不抗干扰吗?有什么可比的参数吗?关键还是在电路的设计上.一致性在大批量生产中跟元器件的选择关系最大,每个元器件都存在精度的问题.难道主变压器也可以用单片机取代吗?电阻也用单片机取代吗?"在生产测式治具上加装一片检测输出电压的MCU可实现对逆变器输出电压自动校正"不知道是怎么实现的?用机器人吗?还是做一个复杂的设备上位机用电脑,检测输出电压再矫正参数用ISP下载回调试板,应该是这样理解的吧,那还是要有人一个个去弄啊.搞不清比调节电位器要快上几秒了.晕第四点更显一相情愿的想法.纯硬件控制比较单片机控制要更实时,失真更小.不是简单加大单片机的晶振能做到的.总结--瞎说!不是你就是我..[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/64/371451207405754.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">
谢谢joanny的关注,由于这几天比较忙,先不和你一一辩论.
我将会用更多实验数据来说服你.
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1225ddw
LV.4
11
2008-04-07 03:10
@madboy21
谢谢joanny的关注,由于这几天比较忙,先不和你一一辩论.我将会用更多实验数据来说服你.
有电路图吗我也想做个来玩玩....
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zlzbg8
LV.4
12
2008-04-07 09:00
@1225ddw
有电路图吗我也想做个来玩玩....
有电路图吗?我也来帮你分析分析.
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zlzbg8
LV.4
13
2008-04-07 09:03
@1225ddw
有电路图吗我也想做个来玩玩....
有电路图吗?我也来帮你分析分析.
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madboy21
LV.8
14
2008-04-07 22:09
@zlzbg8
有电路图吗?我也来帮你分析分析.
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madboy21
LV.8
15
2008-04-07 23:55
@joanny
所提的4个优点都是入门级别的形尔上学的简单想法.单片机模拟输出正弦波在要求不高的场合电路简洁,元件少,成本低差不多可以实现,要求高的场合不一定成本低,外围元件也不会象想象的那么简洁.用单片机上的AD转换采样电压电流需要的电路设计要求更高,温度补偿也是很难搞的.频繁使用多个中断本身会降低SPWN输出的精度.驱动不足还要加专驱(附图中楼主的被动关断在12V电池下,关断时间会很长,场效应管的发热会增大,特别在PWM使能开关管的情况下,应选主动关断型的驱动形式或专驱).第二点中说来说去有什么区别?还不是要有电压电流采样回路及反馈控制回路,只要有反馈就肯定存在有干扰.单片机抗干扰难道象SG3525这样的IC就不抗干扰吗?有什么可比的参数吗?关键还是在电路的设计上.一致性在大批量生产中跟元器件的选择关系最大,每个元器件都存在精度的问题.难道主变压器也可以用单片机取代吗?电阻也用单片机取代吗?"在生产测式治具上加装一片检测输出电压的MCU可实现对逆变器输出电压自动校正"不知道是怎么实现的?用机器人吗?还是做一个复杂的设备上位机用电脑,检测输出电压再矫正参数用ISP下载回调试板,应该是这样理解的吧,那还是要有人一个个去弄啊.搞不清比调节电位器要快上几秒了.晕第四点更显一相情愿的想法.纯硬件控制比较单片机控制要更实时,失真更小.不是简单加大单片机的晶振能做到的.总结--瞎说!不是你就是我..[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/64/371451207405754.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">
回第九贴:
      成本?我们大家来算一算,已上传了原理图与实物图,IC贴在下面,看看那个方案可以做到这样的正弦波逆变器?
      失真与精确度我们用实验证明,希望你期待我的实验数据.
1、关于驱动,先传两个驱动波形图上来让大家看看:
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/64/2045691207580322.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/64/2045691207580699.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/64/2045691207580839.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
以上三个波形是在空载及不同负载下的波形图
IRF3525一对可以做到300W的正弦波逆变器,但在本设计中,由于只做120W,通过数据表分析可以直接使用,最终将用实验数据证明.
现在变压器采用EI28磁芯,功率还不能调到120W,初级是采用0.25*16绕3.5圈,次级是采用0.35绕105T,理论上可以在输入DC10V时可以输出DC300V,但实调式时带上一点负载就达不到,在输入11V还载20W时才有300V输出,这些将会在后面实验改进.
2、你所说的像3525这样IC,当然PCB布好抗干扰能力很强,我发布了一款250WDC-DC电源后有很多人问关于3525电路的问题,从控制角度看3525也是通过电压采样控制,而且3525需要硬件反馈网络设计,而MCU只需要ADC读取电压信号就可以了,通过软件进行微积分运算,不需要增加任何硬件.试问那一种设计更稳定?
“一致性在大批量生产中跟元器件的选择关系最大,每个元器件都存在精度的问题.难道主变压器也可以用单片机取代吗?电阻也用单片机取代吗?”这个问题不应从这个角度去看,如采和正弦信号发生电路与三角波发生电路波形进行比较输出获得正弦波信号,误差比较大,且稳定性不好,当然可以完全做得很好,很稳定,但成本又是另一个概念了.

3、关于自动电压校正我是这样想的,单片机还有很多IO没用,用一条做UP功能,一条做DOWN功能,每对地点一次可相应增加或减小输出电压0.1V,那么在测试架上加装一片MCU用于读取逆变器的输出电压,如检测到输出电压为215VAC,那么向UP发50个脉冲用于校准输出电压.整个调整时间不超过0.5S

最后,瞎说不瞎说看实验结果 .

如有不对欢迎辩论或有不同看法,谢谢!!!
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snakeemail
LV.2
16
2008-04-08 16:09
你这是开环还是闭环的,如果是闭环的,你是双环控制吗?
0
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madboy21
LV.8
17
2008-04-09 23:06
@snakeemail
你这是开环还是闭环的,如果是闭环的,你是双环控制吗?
是闭环的,目前还在实验阶段
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hbzjcjw
LV.10
18
2008-04-10 08:42
@madboy21
是闭环的,目前还在实验阶段
不错不错
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joanny
LV.5
19
2008-04-10 12:56
@madboy21
回第九贴:      成本?我们大家来算一算,已上传了原理图与实物图,IC贴在下面,看看那个方案可以做到这样的正弦波逆变器?      失真与精确度我们用实验证明,希望你期待我的实验数据.1、关于驱动,先传两个驱动波形图上来让大家看看:[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/64/2045691207580322.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/64/2045691207580699.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/64/2045691207580839.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">以上三个波形是在空载及不同负载下的波形图IRF3525一对可以做到300W的正弦波逆变器,但在本设计中,由于只做120W,通过数据表分析可以直接使用,最终将用实验数据证明.现在变压器采用EI28磁芯,功率还不能调到120W,初级是采用0.25*16绕3.5圈,次级是采用0.35绕105T,理论上可以在输入DC10V时可以输出DC300V,但实调式时带上一点负载就达不到,在输入11V还载20W时才有300V输出,这些将会在后面实验改进.2、你所说的像3525这样IC,当然PCB布好抗干扰能力很强,我发布了一款250WDC-DC电源后有很多人问关于3525电路的问题,从控制角度看3525也是通过电压采样控制,而且3525需要硬件反馈网络设计,而MCU只需要ADC读取电压信号就可以了,通过软件进行微积分运算,不需要增加任何硬件.试问那一种设计更稳定?“一致性在大批量生产中跟元器件的选择关系最大,每个元器件都存在精度的问题.难道主变压器也可以用单片机取代吗?电阻也用单片机取代吗?”这个问题不应从这个角度去看,如采和正弦信号发生电路与三角波发生电路波形进行比较输出获得正弦波信号,误差比较大,且稳定性不好,当然可以完全做得很好,很稳定,但成本又是另一个概念了.3、关于自动电压校正我是这样想的,单片机还有很多IO没用,用一条做UP功能,一条做DOWN功能,每对地点一次可相应增加或减小输出电压0.1V,那么在测试架上加装一片MCU用于读取逆变器的输出电压,如检测到输出电压为215VAC,那么向UP发50个脉冲用于校准输出电压.整个调整时间不超过0.5S最后,瞎说不瞎说看实验结果.如有不对欢迎辩论或有不同看法,谢谢!!!
你可以参考 82937816的"一款高性能1000W逆变器原理图与实物图"第12贴对U3988的描述,可以少走弯路.U3988原形我认为应该是PIC16C61.

以PIC或AVR来做正弦波逆变器是没问题,但你对优点说的太兴奋了,给你浇些冷水.
等你做成成品,再倒回来想想至少会对我的看法有些赞同.
PIC16C61做的来的东东tiny2313应该也可以做的下,mega8贵多了跟你低成本的想法可是有些偏哟.
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snakeemail
LV.2
20
2008-04-14 09:38
@snakeemail
你这是开环还是闭环的,如果是闭环的,你是双环控制吗?
基于状态观测器的逆变器数字双环控制技术研究

基于状态观测器的逆变器数字双环控制技术研究
郭卫农,陈坚
(华中科技大学电力系 湖北 武汉 430074)
    摘  要:该文首先比较了逆变器模型与直流电机模型的相似性,提出逆变器的控制可以借鉴直流电机的双闭环控制方法.然后针对输出电压的交叉反馈作用,采用了控制对象的解耦,消除了输出电压对内环的影响,简化了问题.数字控制具有很多优点,但是它引入的采样延时和计算延时对系统的性能影响很大.为了提高控制的实时性和鲁棒性,建立了基于改进z变换的状态观测器和扰动观测器,合理设计其极点,可以得到无差拍观测器,并在此基础上实现内环电容电流的无差拍控制.考虑内环的快速性,外环可以采用简单的比例调节器,从而整个数字双环控制系统的设计非常简单.最后,实验证明这种方法可以保证良好的静态和动态性能,在非线性负载下,也能得到良好的输出电压波形.
    关键词:双环控制;状态观测器;改进z变换
1  引言
    逆变电源(图1)在空载时由于LC滤波器阻尼小,容易产生振荡,采用输出电压反馈很难获得良好的动态性能和静态性能.为了满足高性能指标,出现了很多控制方案,如电压瞬时值反馈控制、无差拍控制和重复控制等.随着数字技术的发展,采用状态观测技术,使数字双环控制克服了实时性的难题,达到了模拟双环控制的效果.
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154912498.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
2  数学模型
    直流电机是一个二阶系统,其等效控制框图(恒定励磁条件下)如图2,其中La为定子等效电感,ra为定子等效电阻,Km、Ke分别为转矩常数和电势常数,J为转子转动惯量, Tl为负载转矩, bp为转子摩擦系数.当Ke=Km=1,bp=0时,则直流电机模型与LC滤波器模型(图3)结构完全相同.因此LC滤波器可以等效为直流电机,滤波电容则类似于转子转动惯量,滤波电感电流类似于电机的输出转矩,逆变器负载电流则类似于电机的负载转矩.所以逆变器系统可以借鉴直流调速的双环控制方法.从逆变器系统的功能来说,它应该是一个随动系统,既要保证被控量准确无误的跟随给定,又要保证优良的抗扰动性能,而且在很多情况下,这些扰动是瞬态的冲击变化.因此,逆变器控制系统的设计更加复杂.
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154912498.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
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3  双环系统的设计[1]
3.1 输出交叉反馈解耦[2,3]
    直流伺服系统电流环单独设计首先遇到的问题是反电动势产生的交叉反馈作用,它是转速环输出量对电流环的影响.在设计内环时,由于实际系统的电磁时间常数一般远远小于机电时间常数,因此电流的调节过程往往比转速的变化快得多.也就是说,反电动势对电流环来说只是一个缓慢的扰动作用,在电流调节器的调节过程中可以近似认为反电动势保持不变.
    而对滤波器而言,从数量级来说,通常L要大于C ,因此输出电压对内环的影响是不能忽略的.所以,要实现双环控制,最好首先实现控制对象的解耦,即消除输出电压产生的交叉反馈作用,从而使问题简化.
    考虑系统模型如图1,建立状态方程:
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154912272.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
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    图4是逆变器的输出交叉反馈解耦控制方框图,其中Ka=Ed/2.
令:
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这样,Il与Vc成为相互独立的状态变量.
3.2  电流内环设计[4]
    图5为数字控制逆变器的结构框图,采用电容电流和输出电压反馈,电容电压前馈用来实现输出交叉解耦.控制电容电流可以得到最佳的动态输出特性.从电路的角度来看,出现负载扰动时,电感电流不能突变,只能影响电容电流,因此,电容电流反馈可以直接反映出负载电流的瞬时变化.从扰动的作用点来看,采用电容电流反馈可以将负载扰动Id包含在反馈环路的前向通道内,因此可以及时对扰动产生抑制.这种系统以电容电流作为电流内环,可以有效的增强系统的稳定性,与图4相比,由于内环反馈为电容电流,则电感等效电阻的压降无法补偿.由于电感等效电阻很小,因此对系统性能影响可以忽略.D(z) 、E(z)是相应的电流环、电压环控制器.F(s)为采样延时,其时间延迟Td可以表示为500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154913119.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">;PWM逆变器可表示为零阶保持器500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154913158.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">和比例调节Ka=Ed/2的组合.
    数字控制由于采样延时和计算延时的存在,截止频率比模拟系统要低一些,所以通常从控制效果来说,数字控制的实时性比模拟控制差一些.从控制理论而言,若系统存在延时环节,则无法实现无差拍控制.为补偿采样延迟和算法延迟,提高内环响应的速度,可以在内环中增加电流观测器和扰动观测器.电流观测器预测电容电流,补偿时间延迟,从而获得快速的电流控制响应.扰动观测器可以预估包括负载电流、系统参数变化以及其它一切扰动的综合作用,只要设计合理,就能保证系统的鲁棒性.

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154913759.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
    内环电容电流采样时序示意图如图6.Tsi为采样周期,Td为延时,设标准采样点表示为ic(n) ,下一标准采样点表示为ic(n+1),在两个标准采样点之间表示为ic(n,m).m是滞后时间系数,时间滞后Td表示为(1-m)T.若Td=0,则m=1;若Td=T,则m=0.那么,可以利用改进z变换进行内环设计[5].
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154913150.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
    内环开环传函为:
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154913456.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
    利用电容电流状态观测器可以补偿时间滞后.利用上式可以得到如下方程(Kb=Ka/L ):
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154913157.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
    令电流扰动为零,根据式(6)建立状态观测器:
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154913339.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
    当补偿器D(z) 等于1/KbTsi时,就实现了无差拍电流控制.当然,由于没有考虑扰动,这种方法还无法实现精确的电流控制,因为观测器无法准确预测出采样时刻n的精确值,除非id=0.
    假设id包括任何扰动,如负载电流变化和参数变化等.如果已知这种扰动的大小,就可以通过前馈环节进行补偿[6].当然,这种扰动是无法测量的,但是利用扰动观测器来得到id的估计值.将扰动观测器定义为一个2阶系统,其状态变量为x(n)=(ir(n),id(n))T,输出的电容电流为:ic(n,m).设可得状态方程:500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154914566.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154914533.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154914490.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
态观测增益向量;为观测器的时延系数,m500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154914557.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">n与m是相互独立的,即mn可以不等于m.
    由式(12)可得:
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154914466.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
利用这个状态观测器可以对扰动进行补偿.从其特征方程可知,当l1=0,l2=1时,则有:
    500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154914472.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
    根据前面所述,电流环包括2个无差拍观测器和1个无差拍控制器.系统的稳定性由电流观测器保证;系统鲁棒性由扰动观测器来保证.合理选择观测器参数,可以将观测器对系统的影响减小到可以接受的程度.从式(10)可知,无差拍控制器事实上就是一个比例环节.由于整个内环实现的控制策略相当简单,因此可以实现较高频率的电流采样.根据香农定理,电流采样频率是开关频率的2倍即可.
3.3  电压外环的设计
    根据上节分析,由于内环的截止频率高于外环的截止频率,因此在分析外环时电流内环可以近似等效为一个连续环节.由于电流内环已经抑制了各种扰动,所以在设计控制器E(z)时,只需考虑电压指令的响应.E(z)可以采用比例补偿.图8是系统闭环时的幅频响应和相频响应,其中(a)是空载,(b)是满载.从图可知,无论空载还是满载,在没有波形畸变的条件下,输出电压的有效值与给定几乎相同,因为在W=314处的幅值增益分别为0.0025dB和-0.005dB;但是相位误差分别为-1°和-3°.
4  实验结果与分析
    为验证上述理论分析,采用DSP TMS320F240控制一半桥逆变器,得到如下结果.图9为 数字双环控制带载的输出电压和电流波形,逆变器输出电压的波形与基波的比值较低,约为1%.图10为突加负载的输出电压和电流波形,从图可知,突加负载时,输出电压在1~2ms就可以恢复正常,系统的动态响应速度很快.图11为带整流负载的输出电压电流波形及各次电压谐波含量,其与基波的比值约为1.5%.带整流负载后,逆变器输出波形谐波含量增加,但是采用双环控制可以在很大程度上抑制谐波.
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154914983.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154914412.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154914659.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
5  结论
    双环控制是双环控制是目前控制效果最佳的方法之一.它不仅具有良好的动态性能,还具有良好的稳态性能.无论线性负载,还是非线性负载,都能很好的满足要求.
      500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154914819.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154914573.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154915849.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
0
回复
madboy21
LV.8
21
2008-04-15 00:38
@snakeemail
基于状态观测器的逆变器数字双环控制技术研究基于状态观测器的逆变器数字双环控制技术研究郭卫农,陈坚(华中科技大学电力系湖北武汉430074)    摘  要:该文首先比较了逆变器模型与直流电机模型的相似性,提出逆变器的控制可以借鉴直流电机的双闭环控制方法.然后针对输出电压的交叉反馈作用,采用了控制对象的解耦,消除了输出电压对内环的影响,简化了问题.数字控制具有很多优点,但是它引入的采样延时和计算延时对系统的性能影响很大.为了提高控制的实时性和鲁棒性,建立了基于改进z变换的状态观测器和扰动观测器,合理设计其极点,可以得到无差拍观测器,并在此基础上实现内环电容电流的无差拍控制.考虑内环的快速性,外环可以采用简单的比例调节器,从而整个数字双环控制系统的设计非常简单.最后,实验证明这种方法可以保证良好的静态和动态性能,在非线性负载下,也能得到良好的输出电压波形.    关键词:双环控制;状态观测器;改进z变换1  引言    逆变电源(图1)在空载时由于LC滤波器阻尼小,容易产生振荡,采用输出电压反馈很难获得良好的动态性能和静态性能.为了满足高性能指标,出现了很多控制方案,如电压瞬时值反馈控制、无差拍控制和重复控制等.随着数字技术的发展,采用状态观测技术,使数字双环控制克服了实时性的难题,达到了模拟双环控制的效果.[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154912498.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">2  数学模型    直流电机是一个二阶系统,其等效控制框图(恒定励磁条件下)如图2,其中La为定子等效电感,ra为定子等效电阻,Km、Ke分别为转矩常数和电势常数,J为转子转动惯量,Tl为负载转矩,bp为转子摩擦系数.当Ke=Km=1,bp=0时,则直流电机模型与LC滤波器模型(图3)结构完全相同.因此LC滤波器可以等效为直流电机,滤波电容则类似于转子转动惯量,滤波电感电流类似于电机的输出转矩,逆变器负载电流则类似于电机的负载转矩.所以逆变器系统可以借鉴直流调速的双环控制方法.从逆变器系统的功能来说,它应该是一个随动系统,既要保证被控量准确无误的跟随给定,又要保证优良的抗扰动性能,而且在很多情况下,这些扰动是瞬态的冲击变化.因此,逆变器控制系统的设计更加复杂.[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154912498.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154912270.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">3  双环系统的设计[1]3.1输出交叉反馈解耦[2,3]    直流伺服系统电流环单独设计首先遇到的问题是反电动势产生的交叉反馈作用,它是转速环输出量对电流环的影响.在设计内环时,由于实际系统的电磁时间常数一般远远小于机电时间常数,因此电流的调节过程往往比转速的变化快得多.也就是说,反电动势对电流环来说只是一个缓慢的扰动作用,在电流调节器的调节过程中可以近似认为反电动势保持不变.    而对滤波器而言,从数量级来说,通常L要大于C,因此输出电压对内环的影响是不能忽略的.所以,要实现双环控制,最好首先实现控制对象的解耦,即消除输出电压产生的交叉反馈作用,从而使问题简化.    考虑系统模型如图1,建立状态方程:[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154912272.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154912774.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">    图4是逆变器的输出交叉反馈解耦控制方框图,其中Ka=Ed/2.令:[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154912966.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">这样,Il与Vc成为相互独立的状态变量.3.2  电流内环设计[4]    图5为数字控制逆变器的结构框图,采用电容电流和输出电压反馈,电容电压前馈用来实现输出交叉解耦.控制电容电流可以得到最佳的动态输出特性.从电路的角度来看,出现负载扰动时,电感电流不能突变,只能影响电容电流,因此,电容电流反馈可以直接反映出负载电流的瞬时变化.从扰动的作用点来看,采用电容电流反馈可以将负载扰动Id包含在反馈环路的前向通道内,因此可以及时对扰动产生抑制.这种系统以电容电流作为电流内环,可以有效的增强系统的稳定性,与图4相比,由于内环反馈为电容电流,则电感等效电阻的压降无法补偿.由于电感等效电阻很小,因此对系统性能影响可以忽略.D(z)、E(z)是相应的电流环、电压环控制器.F(s)为采样延时,其时间延迟Td可以表示为[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154913119.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">;PWM逆变器可表示为零阶保持器[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154913158.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">和比例调节Ka=Ed/2的组合.    数字控制由于采样延时和计算延时的存在,截止频率比模拟系统要低一些,所以通常从控制效果来说,数字控制的实时性比模拟控制差一些.从控制理论而言,若系统存在延时环节,则无法实现无差拍控制.为补偿采样延迟和算法延迟,提高内环响应的速度,可以在内环中增加电流观测器和扰动观测器.电流观测器预测电容电流,补偿时间延迟,从而获得快速的电流控制响应.扰动观测器可以预估包括负载电流、系统参数变化以及其它一切扰动的综合作用,只要设计合理,就能保证系统的鲁棒性.[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154913759.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">    内环电容电流采样时序示意图如图6.Tsi为采样周期,Td为延时,设标准采样点表示为ic(n),下一标准采样点表示为ic(n+1),在两个标准采样点之间表示为ic(n,m).m是滞后时间系数,时间滞后Td表示为(1-m)T.若Td=0,则m=1;若Td=T,则m=0.那么,可以利用改进z变换进行内环设计[5].[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154913150.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">    内环开环传函为:[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154913456.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">    利用电容电流状态观测器可以补偿时间滞后.利用上式可以得到如下方程(Kb=Ka/L):[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154913157.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">    令电流扰动为零,根据式(6)建立状态观测器:[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154913339.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">    当补偿器D(z)等于1/KbTsi时,就实现了无差拍电流控制.当然,由于没有考虑扰动,这种方法还无法实现精确的电流控制,因为观测器无法准确预测出采样时刻n的精确值,除非id=0.    假设id包括任何扰动,如负载电流变化和参数变化等.如果已知这种扰动的大小,就可以通过前馈环节进行补偿[6].当然,这种扰动是无法测量的,但是利用扰动观测器来得到id的估计值.将扰动观测器定义为一个2阶系统,其状态变量为x(n)=(ir(n),id(n))T,输出的电容电流为:ic(n,m).设可得状态方程:[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154914566.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154914533.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154914490.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">态观测增益向量;为观测器的时延系数,m[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154914557.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">n与m是相互独立的,即mn可以不等于m.    由式(12)可得:[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154914466.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">利用这个状态观测器可以对扰动进行补偿.从其特征方程可知,当l1=0,l2=1时,则有:    [图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154914472.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">    根据前面所述,电流环包括2个无差拍观测器和1个无差拍控制器.系统的稳定性由电流观测器保证;系统鲁棒性由扰动观测器来保证.合理选择观测器参数,可以将观测器对系统的影响减小到可以接受的程度.从式(10)可知,无差拍控制器事实上就是一个比例环节.由于整个内环实现的控制策略相当简单,因此可以实现较高频率的电流采样.根据香农定理,电流采样频率是开关频率的2倍即可.3.3  电压外环的设计    根据上节分析,由于内环的截止频率高于外环的截止频率,因此在分析外环时电流内环可以近似等效为一个连续环节.由于电流内环已经抑制了各种扰动,所以在设计控制器E(z)时,只需考虑电压指令的响应.E(z)可以采用比例补偿.图8是系统闭环时的幅频响应和相频响应,其中(a)是空载,(b)是满载.从图可知,无论空载还是满载,在没有波形畸变的条件下,输出电压的有效值与给定几乎相同,因为在W=314处的幅值增益分别为0.0025dB和-0.005dB;但是相位误差分别为-1°和-3°.4  实验结果与分析    为验证上述理论分析,采用DSPTMS320F240控制一半桥逆变器,得到如下结果.图9为数字双环控制带载的输出电压和电流波形,逆变器输出电压的波形与基波的比值较低,约为1%.图10为突加负载的输出电压和电流波形,从图可知,突加负载时,输出电压在1~2ms就可以恢复正常,系统的动态响应速度很快.图11为带整流负载的输出电压电流波形及各次电压谐波含量,其与基波的比值约为1.5%.带整流负载后,逆变器输出波形谐波含量增加,但是采用双环控制可以在很大程度上抑制谐波.[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154914983.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154914412.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154914659.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">5  结论    双环控制是双环控制是目前控制效果最佳的方法之一.它不仅具有良好的动态性能,还具有良好的稳态性能.无论线性负载,还是非线性负载,都能很好的满足要求.      [图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154914819.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154914573.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.comhttp://www.52data.cn/fdzl/UploadFiles_4027/200605/2006518154915849.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">
谢谢提供很有参考价值的资料.
我现在遇到了设计时想错了的一个问题:输出滤波设计
     看到上面的波形了吗?毛边很大,开始以为只是铁粉芯在这里不适用
  先看看下面SPWM的驱动波形
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/64/2045691208190754.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/64/2045691208190786.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">

输出波形与设计波形一致,也就是说输出SPWM波形是正确的,但不知为何当初设计滤波电感只需要100uH,电容也只用了一只1uF.
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madboy21
LV.8
22
2008-05-01 19:04
@madboy21
谢谢提供很有参考价值的资料.我现在遇到了设计时想错了的一个问题:输出滤波设计    看到上面的波形了吗?毛边很大,开始以为只是铁粉芯在这里不适用  先看看下面SPWM的驱动波形[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/64/2045691208190754.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/64/2045691208190786.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">输出波形与设计波形一致,也就是说输出SPWM波形是正确的,但不知为何当初设计滤波电感只需要100uH,电容也只用了一只1uF.
五月份已来到,原计要出正式样机已不能如期进行了.
现在主要的两个问题是:
1、输出滤器电感与电容,在最初构思上采用中心对称的PWM,这样可以减小输出滤波电感与电容,但中心对称的SPWM只适用于电机控制对与正弦波滤波输出并无明显改善LC滤波的损耗及输出波形.
2、经过仔细分析IRF3205,如采用12V的驱动电压一对管子可驱动300W的正弦波逆变器,而采用5V时可以驱动120W的输出.现在的情况是,我没采用IRF3205而是采用75N75来做实验,带40W输出时,74N75发热很严重.
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xiawenjin
LV.4
23
2008-08-13 11:11
@madboy21
五月份已来到,原计要出正式样机已不能如期进行了.现在主要的两个问题是:1、输出滤器电感与电容,在最初构思上采用中心对称的PWM,这样可以减小输出滤波电感与电容,但中心对称的SPWM只适用于电机控制对与正弦波滤波输出并无明显改善LC滤波的损耗及输出波形.2、经过仔细分析IRF3205,如采用12V的驱动电压一对管子可驱动300W的正弦波逆变器,而采用5V时可以驱动120W的输出.现在的情况是,我没采用IRF3205而是采用75N75来做实验,带40W输出时,74N75发热很严重.
楼主,有没有程序贴出看看!参考参考啊!谢谢!
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release
LV.6
24
2008-08-13 13:50
值得观注,期待下文!
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phone
LV.2
25
2008-08-18 14:45
很有创意的产品,但愿能获得成功.
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hbzjcjw
LV.10
26
2008-09-04 01:17
楼主,做的怎么样了??
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xiawenjin
LV.4
27
2008-09-12 15:07
lz能不能讲讲用单片机做SPWM输出使用的什么算法!望指教,谢谢!
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110919645
LV.2
28
2008-09-22 14:21
程序在哪里?
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luojg
LV.2
29
2008-11-14 11:21
@110919645
程序在哪里?
我也想学一下程序,能否发一个过来参考一下:luoyangyang0512@yahoo.com.cn
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马小仓
LV.1
30
2009-02-26 17:41
@luojg
我也想学一下程序,能否发一个过来参考一下:luoyangyang0512@yahoo.com.cn
大家好!       我是一名大二学生,酷爱电源,最近有一个设计方案,并已经得到学校资金和设备支持, 就是数控电源,(8051+dac+开关是电压跟随器)  其中开关式电压跟随器是为了提高后级的效率设计的,  现在还有很多问题等待高手决绝,与我联系   maxiaocang@sina.com
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houtao
LV.6
31
2009-02-26 21:18
我看了下你的原理图,你的过流保护电路应该做得更完善些.IR的驱动芯片的SD可以用上,前级可以同时关断,这样对机器的稳定性会好些.输出电感可以加大些,不过和你的载波有关系,输出电容在不影响输出质量的前提下,尽量减小,这样可以减小静态电流;
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