基于DSP無差拍控制的逆變電源研究

引 言
隨著高性能DSP控制器的出現，采用數字化控制的UPS電源已成為現在研究的熱點。基于DSP實現的數字雙閉環控制能有效提高電源系統的抗干擾能力，降低噪聲，提高效率和可靠性，進一步有利于電源的智能化管理、遠程維護和診斷。在逆變器的多種控制策略中，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運行于一種滑動模態，能保證系統的魯棒性；模糊控制和神經網絡控制等智能控制不依賴控制對象的數學模型，適應于非線性系統；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，損耗少等優點； PID控制簡單，并具有好的可靠性；新型數字化PID控制更能取得滿意的控制效果。各種控制策略各有優缺點，如果能把其中的兩種或幾種控制技術結合運用，將取得更好的輸出特性。基于此思想提出數字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 系統結構設計
該系統選用的TMS320F2812芯片是TI公司的TMS320C28x系列中的一種，其指令執行速度快，從而可以在此基礎上實現復雜的控制算法，優化系統的輸出特性。
基于該芯片的逆變電源系統框圖如圖1所示。整個系統由AC／DC，DC／DC，DC／AC，以及濾波電路和其他輔助電路構成。其中，DC／AC逆變器部分是整個系統的重要組成，逆變器采用單相全橋逆變電路，適應大功率場合。通過采樣電路采樣得到的輸出電壓和電流經過DSP的A／D轉換器轉換成數字信號，作為數字控制器的反饋信號，經與給定輸出信號比較后，再經過控制算法調節器和脈寬調制器得到SPWM波控制IGBT功率管的通斷，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，因此信號穩定無溫漂、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生畸變。

2 逆變器控制方案及其參數設計
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。
取x(t)=[uo(t)iL(t)]T為狀態變量，平均電壓ui(￡)和負載電流為系統輸入，則主電路的狀態方程為：

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方程為：