基于DSP的三相逆变器控制程序设计
基于DSP的三相频率可调逆变电源设计
2 SPWM 调制原理
采样控制理论中有一个重要结论：冲量相等而形 状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上，其基本效果 相同。这个结论是 PWM 控制的重要理论基础 [6]。产 生脉宽调制波的基本方法是把一个正弦波的每半个 周期分成 等分，然后把每等分的正弦曲线与横轴 所包围的面积用一个与此面积相等的等高矩形脉冲 来代替，则各脉冲的宽度将按正弦规律变化。通常
0 引言
市电输入 输入整流 滤波
DC-AC 全桥逆变
输出正弦波 输出滤波
电力系统变电站和调度所的继电保护装置和综 合自动化管理设备中，有些设备采用的是单相或者 三相交流供电的方式，其中有一部分不能长时间停 电 [1]。普通 UPS 设备因受内置蓄电池的限制，供 电时间有限，而直流操作电源所带的蓄电池容量都 比较大，所以需要逆变装置把直流电变成交流电[2]。
北京：电子工业出版社，2004. [5] 清源科技. TMS320LF240x DSP 应用程序设计教程 [M].
北京：机械工业出版社，2003. [6] 赵良炳. 现代电力电子技术基础 [M]. 北京：清华大学
出版社，2006. [7] 周志敏, 周纪海. 开关电源实用技术设计与应用 [M]. 北
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电压软开通。对软开关和硬开关在闭环状态下的电 路特性进行比较，发现软开关状态有如下优点：开 关管开通时刻电压尖峰明显减小，从而改善了开关 导通状况，降低了开关损耗，达到软开关的目的。 同时总谐波因数 (THD) 也得到了明显降低，改善 了输出波形质量。本设计可应用于非线性用电设备 附近，作为对电网输入电压要求较高的一类负载的 电源，如检修、测试用电源中。
基于DSP三环控制的逆变电源的设计
基于DSP三环控制的逆变电源的设计针对逆变电源输出电压波形畸变并且在大功率负载下输出电压掉压严重的问题，提出了采用电压有效值外环、电容电压环和电感电流内环的三环控制策略，选用TI公司的DSP TMS320F2812芯片实现了三环的控制算法，并且给出了程序流程图以及逆变电源的详细设计过程。
在理论分析和仿真的基础上设计了一台采用单极性倍频SPWM调制的6 kVA /50H z/220 V 逆变器，并进行了实验。
实验结果显示，所采用的三环数字化控制方案能达到??逆变电源带大功率负载条件下较优的动态、稳态特性。
0前言以前，正弦波逆变器大多采用输出电压均值环来维持输出电压的恒定，而波形控制是开环的，这种控制方式不能保证输出电压的波形质量，特别是在非线性负载条件下输出电压波形畸变严重，失真很大; 在突加(减)负载时输出电压的动态性能难以满足用户的要求。
目前的逆变电源大多采用外环电压、内环电流的双闭环控制策略，电压瞬时值外环在很大程度上改善了波形的质量，电流内环加大了逆变器控制系统的带宽，使得逆变器动态响应加快，输出电压的谐波含量减小，非线性负载适应能力加强。
但是，当负载比较大时会出现输出电压掉压严重的现象。
为解决逆变电源在大功率负载下掉压严重的问题，本研究提出在双环控制的基础上外加一个电压有效值的三环控制策略，它的实质是随负载的增加而增大基准正弦信号，从而保证输出电压幅值稳定。
另外，由于对逆变电源的数字化控制是当今电源的发展方向，所以本研究通过选用T I公司的DSP TMS320F2812来实现对逆变器的数字化控制。
1 逆变系统单相全桥逆变器的主电路结构，如图1所示。
采用了单极性倍频SPWM 调制技术，可以在不增加开关损耗的情况下将谐波频率提高一倍，大大减小了输出滤波器的体积。
采用了瞬时电压环、瞬时电流环和电压有效值外环的三环控制策略，电感电流瞬时值反馈环是内环，电容电压瞬时值是外环，电容电压有效值反馈环是第三环，有效值反馈控制用来改变电压瞬时值反馈环的正弦波给定幅值，三环控制很好地解决了“随着负载的增加，输出电压幅值下降”的问题。
基于DSP的逆变电源控制器的设计
基于DSP的逆变电源控制器的设计摘要本文讨论的逆变电源控制器采用数字信号处理器（dsp）对逆变电源系统进行全数字控制，通过改变pwm波形的脉冲宽度和调制周期可以达到调压和变频的目的，并融合了多元化的保护功能使逆变电源系统的驱动电路变得简单可靠。
关键词逆变；脉宽调制；svpwm；控制器中图分类号tm4 文献标识码a 文章编号 1674-6708（2011）49-0184-02许多行业的用电设备不是直接使用通用交流电网提供的交流电作为电能源，而是通过各种形式对其进行变换，从而得到各自所需的电能形式。
其幅值、频率稳定度及变化方式因用电设备的不同而不尽相同，例如通信电源、不间断电源、医用电源等都是通过整流和逆变组合电路对原始电能进行变换后得到的。
电力系统中，将电网交流电通过整流技术变成直流电，然后通过逆变技术，将直流变成高频交流，再通过高频变压器降压，就达到缩小变压器体积和提高供电质量的目的了[1]。
工控行业中，应用广泛的交流伺服电机的驱动单元使用的是频率可调的三相交流电，而电网提供的交流电是不变的，为了得到幅值和频率可调的三相交流电，我们需要进行直交变换。
本文采用了ti公司生产的32位定点dsp控制器tms320f2812作为控制器主处理器，采用先进的svpwm空间矢量控制算法，并且融合了多元化的保护功能，通过电流采样实现了逆变电源的过流和短路保护，具有良好的实用性。
1 系统结构逆变器中的变流器由三组igbt组成，在其运行的过程中，igbt 的通断频率是很高的，这就需要驱动信号发生器有较高的运算速度，能够产生所需频率的驱动信号，而高性能控制器dsp可以满足这个要求。
ti公司生产的32位定点dsp控制器tms320f2812，其工作频率高达150mz，高性能的32位cpu，大大提高了控制系统的控制精度和芯片处理能力，是目前控制领域最先进的处理器之一，其pwm发生电路可以根据需要直接改变pwm输出频率，随时改变pwm 的脉宽，能够满足逆变器的控制要求。
基于DSP的三相光伏并网逆变器控制系统设计与实现
,使
得 d、 q 轴相互独立控制。基于此 , 加入电流前馈控 制环节, 经过电流 P I调节后的参考控制电压可以按 如下式 ( 2) 方程设计 : K dI ) ( id ref - id ) - L iq + ed s K qI Vq ref = (K qp + ) ( iq ref - iq ) + Lid + eq s Vd ref = (K dp + K qp 、 K qI是 q 轴电流调节器的比例、 积分系数。 将式 ( 2 )代入式 ( 1 ) 中, 并进行简化, 得到三相 并网逆变器在两相同步旋转坐标系下实现电流前馈 解耦控制后的数学模型为: L d id K dI = (K dp + ) ( id ref - id ) dt s
第 34卷 第 3 期 2011 年 6 月
电 子 器 件
C hinese Journal o f E lectron Dev ices
Vo.l 34 No. 3 June 2011
D esign and R ealizing of Three Phase Grid Connected Photovoltaic Inverter Control System Based on D SP
S H I K un , ZHANG J ian m in
1 1 , 2 *
, LI Yangchun , WANG N a
2
1
1 . E lec tron ic Inf or m ation D epa rt m en t, H ang zhou D ianzi U niversity, H angzh ou 310017, Ch ina; 2 . Zhejiang Creaw ay Au toma tion Eng ineering Co. L td, H angzhou 310012, C hina
基于DSP的三相变频器控制系统的设计
基于DSP的三相变频器控制系统的设计一、引言三相变频器是一种能够将电流频率和电压进行调节的电力装置，通过控制电机的转速，实现对电机的调控。
而基于数码信号处理器（DSP）的三相变频器控制系统能够更精确地控制电机的运行，并提供更高的效率和稳定性。
本文将详细介绍基于DSP的三相变频器控制系统的设计原理和实现方法。
二、三相变频器的工作原理三相变频器主要由整流器、逆变器和控制系统组成。
其中，整流器将交流电源转换为直流电源，逆变器将直流电源转换为可调节的交流电源。
控制系统负责采集和处理电机的转速信号，并通过对逆变器输出电压和频率的控制，实现对电机转速的调节。
三、基于DSP的控制系统设计1. DSP芯片选择由于对于三相变频器控制系统来说，需要实时采集和处理电机转速信号，因此需要选择性能优越的DSP芯片。
根据系统需求，选择XX型号的DSP芯片，该芯片具有高速计算、丰富的外设接口和完善的开发工具链。
2. 电机转速信号采集在控制系统中，需要采集电机的转速信号，一种常用的方式是使用霍尔元件结合磁铁进行转速检测。
通过安装霍尔元件和磁铁在电机轴上，当磁铁经过霍尔元件时，会产生电平变化，通过检测电平变化的频率，可以得到电机的转速。
3. 控制算法设计基于DSP的三相变频器控制系统需要设计合适的控制算法，以实现对电机转速的精确控制。
常见的控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法等。
通过对转速信号的实时采集和处理，利用控制算法计算逆变器输出的电压和频率，可以很好地控制电机的转速。
4. 逆变器输出控制逆变器是三相变频器中一个重要的组成部分，负责将直流电源转换为可调节的交流电源。
通过控制逆变器输出的电压和频率，可以实现对电机转速的调节。
基于DSP的控制系统可以通过PWM（脉宽调制）技术对逆变器输出进行控制，根据控制算法计算出的电压和频率值，通过调节PWM信号的占空比，控制逆变器输出电压的大小和频率的变化。
5. 界面设计和通信功能控制系统通常还具备用户界面和通信功能，以便用户对系统进行监控和调节。
基于DSP的三相逆变器控制程序设计
基于DSP的三相逆变器控制程序设计摘要：三相逆变是光伏并网逆变器的主要组成部分。
本文介绍了基于DSP的三相逆变器的控制程序的设计原理和参数计算，并给出了部分实验调试的结果。
关键字：光伏并网逆变器，嵌入式微处理器1引言TMS320F2812 DSP是在光伏并网逆变器中广泛应用的嵌入式微处理器控制芯片。
限于篇幅，本文只对基于DSP的三相逆变控制程序的设计进行了讨论。
第2节介绍了三相逆变控制程序的总体设计原理。
第3节讨论了参数计算方法和程序设计原理。
最后第4节给出了部分实验调试结果。
2基本原理控制程序的总体设计示意图见图1。
使用异步调制的方法产生SPWM波形。
将正弦调制波对应的正弦表的数值，按一定时间间隔t1依次读出并放入缓冲寄存器中。
比较寄存器则由三角载波的周期t2同步装载，并不断地与等腰三角载波比较，以产生SPWM波形。
时间间隔t1决定了正弦波的周期，时间间隔t2决定了三角载波的采样周期，t1和t2不相关，亦即正弦调制波的产生和PWM波形发生器两部分相互独立。
使用TMS320F2812的EV模块产生PWM波形。
EVA的通用定时器1按连续增/减模式计数，产生等腰三角载波。
三个全比较单元中的值分别与通用定时器1计数器T1CNT比较，当两者相等时即产生比较匹配事件，对应的引脚(PWMx，x=1，2，3，4，5，6)电平就会跳变，从而输出一系列PWM波形。
因为PWM波形的脉冲宽度与比较寄存器中的值一一对应，所以，只要使比较寄存器中的值按正弦规律变化，就可以得到SPWM波形。
考虑到DSP的资源有限，使用查表法产生正弦调制波。
将一个正弦波的周期按照一定的精度依次存于表中;使用时按照一定的定时间隔依次读取，便得到正弦波。
显然，精度要求越高，所需的表格越大，存储量也越大。
一个周期的正弦表的相位是，对应表的长度的1/3。
为了产生三相对称正弦波，将正弦表长度取为3n，n为整数。
当A相从第0个数开始取值时，则B相从第n个数处开始取值，C相从第2n个数处开始取值。
基于DSP的三相光伏并网逆变器研究
分类号：TN914 密 级： 公 开 U D C： 单位代码： 10424工 程 硕 士 学 位 论 文基于DSP的三相光伏并网逆变器研究陈云海申请学位级别：硕士学位 专业名称：电气工程指导教师姓名： 房绪鹏 职 称：副教授山 东 科 技 大 学二零一二年五月论文题目：基于DSP的三相光伏并网逆变器研究作者姓名： 陈云海 入学时间：2010年9月专业名称：电 气 工 程 研究方向：电力传动及其控制系统 指导教师： 房绪鹏 职 称：副教授论文提交日期：2012年5月论文答辩日期：2012年6月授予学位日期：THREE-PHASE PHOTOVOLTAIC GRID-CONNECTED INVERTER BASED ON DSP RESEARCHA Dissertation submitted in fulfillment of the requirements of the degree ofMASTER OF ENGINEERINGfromShandong University of Science and TechnologybyChen YunhaiSupervisor: Associate Professor Fang XupengCollege of Information and Electrical EngineeringMAY 2012声 明本人呈交给山东科技大学的这篇工程硕士学位论文，除了所列参考文献和世所公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。
该论文资料尚没有呈交于其它任何学术机关作鉴定。
工程硕士生签名：日 期：AFFIRMATIONI declare that this dissertation, submitted in fulfillment of the requirements for the award of Master of Engineering in Shandong University of Science and Technology, is wholly my own work unless referenced of acknowledge. The document has not been submitted for qualification at any other academic institute.Signature:Date:摘 要由于光能受到越来越多的重视，光能发电的技术也是备受关注，作为光伏发电系统的技术核心并网逆变器的研究热度更加提升。
基于DSP的三相SPWM逆变系统的设计
交 点 时 刻 控 制 功 率 开 关 器 件 的 通 断 ． 种 生 成 Ｓ ＷＭ 波 这 Ｐ 形 的 方 法 称 为 自然 采 样 法 。 这 种 方 法 求 解 复 杂 难 以 在 但 实 时 控 制 中 在 线 计 算 ， 而 在 工 程 中 实 际 应 用 不 多 。 本 因
Ｃ ＨＥＮ Ｘｉ ，ＭＡ Ｊａ ｇ Ｈｕ ，ＹＡＮＧ ｈ ｎ Ｘｉ ｇ Ｉ ｏ Ｈｕ ｉｎ ａ Ｚ ｅ ｎ ，Ｌ Ｕ Ｇｕ ｉ （ｃ ｏｌｏ ｌ ｔｃｌａ ｄＡ ｔ ａ ｏ ，Ｈ ｂｉＵ ｉ ｒｉ ｆＴｃ ｎｌ ｙ ｉ ｊ ０ １０Ｃ ｉａ Ｓｈ ｏ ｆＥｅ ｒ ａ ｎ ｕｏ ｔ ｎ ｅｅ ｎ ｅｓｙ ｏ ｅｈ ｏ ｇ ，Ｔａ ｉ ３ ０ ３ ， ｈ ） ｃ ｉ ｍ ｉ ｖ ｔ ｏ ｎｎ ｎ
Ｅ ａ ｐｅ ｏ ｐ ｉａ ｉｎ ｘ ｍ ｌ ｆＡｐ ｌ ｔ ｃ ｏ
基 于 Ｄ Ｐ的三相 Ｓ ＷＭ 逆 变系统 的设计 Ｓ Ｐ
陈 曦 ， 江 华 ， 振 兴 ， 国 辉 马 杨 柳
（ 北 工 业 大 学 电 气 与 自动 化 学 院 ， 津 ３０ ３ ） 河 天 ０ １０
摘 要 ： 述 了 Ｔ 芯 片 Ｔ Ｓ ２ Ｆ ８ ２的 Ｐ 描 Ｉ Ｍ ３０ ２ １ ＷＭ 工作 模 块 及 Ｓ ＷＭ 的产 生 方 法 ， 用事件 管理 器 的全 Ｐ 利
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基于DSP的三相逆变器控制程序设计
摘要：三相逆变是光伏并网逆变器的主要组成部分。
本文介绍了基于DSP的三相逆变器的控制程序的设计原理和参数计算，并给出了部分实验调试的结果。
关键字：光伏并网逆变器，嵌入式微处理器
1引言
TMS320F2812 DSP是在光伏并网逆变器中广泛应用的嵌入式微处理器控制芯片。
限于篇幅，本文只对基于DSP的三相逆变控制程序的设计进行了讨论。
第2节介绍了三相逆变控制程序的总体设计原理。
第3节讨论了参数计算方法和程序设计原理。
最后第4节给出了部分实验调试结果。
2基本原理
控制程序的总体设计示意图见图1。
使用异步调制的方法产生SPWM波形。
将正弦调制波对应的正弦表的数值，按一定时间间隔t1依次读出并放入缓冲寄存器中。
比较寄存器则由三角载波的周期t2同步装载，并不断地与等腰三角载波比较，以产生SPWM波形。
时间间隔t1决定了正弦波的周期，时间间隔t2决定了三角载波的采样周期，t1和t2不相关，亦即正弦调制波的产生和PWM波形发生器两部分相互独立。
使用TMS320F2812的EV模块产生PWM波形。
EVA的通用定时器1按连续增/减模式计数，产生等腰三角载波。
三个全比较单元中的值分别与通用定时器1计数器T1CNT比较，当两者相等时即产生比较匹配事件，对应的引脚(PWMx，x=1，2，3，4，5，6)电平就会跳变，从而输出一系列PWM波形。
因为PWM波形的脉冲宽度与比较寄存器中的值一一对应，所以，只要使比较寄存器中的值按正弦规律变化，就可以得到SPWM波形。
考虑到DSP的资源有限，使用查表法产生正弦调制波。
将一个正弦波的周期按照一定的精度依次存于表中;使用时按照一定的定时间隔依次读取，便得到正弦波。
显然，精度要求越高，所需的表格越大，存储量也越大。
一个周期的正弦表的相位是，对应表的长度的1/3。
为了产生三相对称正弦波，将正弦表长度取为3n，n为整数。
当A相从第0个数开始取值时，则B相从第n个数处开始取值，C相从第2n个数处开始取值。
事实上，因为使用了异步调制，所以只要正弦表的长度足够大，不是3的整数倍也不会对输出波形产生太大影响。
程序由主程序和中断程序两部分构成，主程序见图2。
中断程序用来根据逆变输出正弦波的频率计算依次读取正弦表的时间间隔t1。
3 参数计算与程序设计
3.1正弦调制波的参数计算
通用定时器T1的计数器T1CNT按连续增/减计数模式产生三角载波，从0增计数到
T1PR=M，再减计数到0，循环不止;其时钟取事件管理器的最大时钟频率为75MHz，载波频率取fc=15kHz，可算得，M=2500。
考虑到由双极性调制法产生SPWM波形，且调制比小于1。
三角载波的幅值M和正弦调制信号的峰值Um需满足Um<M’= M/2
正弦调制波的频率由读取正弦表的速度决定，可以选择CPU定时器T0给正弦波的周期定时。
设正弦波的周期用T表示，则T0的定时时间应该是T0=T/N=T/600，即按照节拍T0依次读取正弦表，读取600个点正好一个正弦波周期T。
CPU定时器T0是32位的定时器，其计数时钟为150MHz，则CPU定时器T0的最大定时长度为232/150MHz=28.6s，对应正弦波的最大周期Tmax为28.6N=17560s，以及最低频率为fmin=1/Tmax=1/17560<10-4Hz。
可见其频率分辨率已足够高。
对应于工频50Hz时，T0= 20ms/600=33.33us。
CPU定时器T0在主程序中使用时只需调用一句
ConfigCpuTimer(&CpuTimer0， 150， T0)。
3.2死区时间：
逆变器主电路采用MOSFET，据此，可选择死区时间为500ns。
为了避免SPWM波形的窄脉冲被死区吃掉，可以先计算与死区时间对应的计数次数，
3.3 PWM波形发生器的参数计算与程序设计
使用DSP的事件管理器EVA模块的全比较单元产生SPWM波形，需要对事件管理器的寄存器进行配置，步骤如下：
1) 设置和装载比较行为控制寄存器ACTRA;
2) 使能死区功能，设置和装载死区定时器控制寄存器DBTCONA;
3) 初始化比较寄存器CMPR1、CMPR2、CMPR3;
4) 设置和装载比较控制寄存器COMCONA;
5) 设置和装载定时器控制寄存器T1CON，并启动操作;
6) 用计算的新值更新比较寄存器CMPR1、CMPR2、CMPR3。
在EVA中产生PWM波形，其全比较单元的时钟是由通用定时器T1提供的。
采用外部晶振30MHz，经内部倍频后的系统时钟SYSCLKOUT为150MHz，再经过高速预定标寄存器分频和T1控制寄存器预定标分频，最后的T1定时器时钟T1CLK为75MHz。
比较方式控制寄存器ACTRA控制6个比较输出引脚PWMx(x=1～6)的输出方式。
设置
EvaRegs.ACTRA.all = 0x0666，比较器输出引脚1、3、5高电平有效，2、4、6低电平有效。
死区控制寄存器DBTCONA用于设置PWM电路的死区。
死区定时器的周期值用m表示，死区定时器的预定标参数用p表示，死区的值为(p×m)个高速外设时钟HSPCLK的周期。
本文HSPCLK=75MHz，取p=23=8，m=5，则死区时间为
已知正弦波的峰值Um为1225时，经计算可容许667ns以内的死区时间。
又按照硬件电路要求死区时间为500ns，因此p=8，m=5是合理的。
设置EvaRegs.DBTCONA.all = 0x05ec，死区时间是533ns。
比较控制寄存器COMCONA决定比较单元的操作模式。
第15位CENABLE是比较使能位;第14～13位CLD1～CLD0设置比较寄存器的重新装载条件，其中的值为00时表示下溢重装载，为01时表示下溢或周期重装载，为10时表示立即重载;第11～10位ACTRLD1～ACTRLD0设置方式控制寄存器ACTRA的重新装载条件，装载条件同第14～13位。
第9位FCMPOE是全比较器使能输出位。
因此写CONA.all = 0xA600，表示下溢出时重装载。
定时器控制寄存器T1CON控制通用定时器的操作模式。
第12～11位TMODE1～TMODE0是计数模式选择位，选择01表示连续递增/递减模式，以产生等腰三角波和对称PWM波形;第10～8位TPS2～TPS0用来设定输入时钟的预定标系数，选为000，使得TCLK=HSPCLK=75MHz;第6位是定时器使能位;第5～4位TCLKS1～TCLKS0选择时钟源，00表示选择内部时
钟;TECMPR是定时器比较使能位。
在程序中写EvaRegs.T1CON.all = 0x0842，表示使用内部75MHz时钟产生对称等腰三角载波。
4 实验调试结果
图3(下)是由DSP输出的一路SPWM波形，经RC滤波后的50Hz正弦波如图3(上)所示。
其中，R=10kΩ，C=100nF。
图4(上)与图3(下)相同，图4(下)是图4(上)的局部放大，可见其三角载波频率正好是15kHz。
5总结
使用TMS320F2812 DSP，设计了三相光伏并网逆变器中的三相逆变控制程序，得到了一组合理的设计参数，实验调试结果较为满意。