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正弦波逆变电源的研究与设计

作　者: 杨春华
导　师: 吴庆彪
学　校: 东华大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 正弦波逆变电源 SPWM 模糊控制片上系统人机界面嵌入式操作系统 uC/OS-II
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

目前世界各国电源标准并不统一,各种新兴的能源形式也不断出现,逆变电源有着广泛的用途,它可用于各类交通工具,如汽车、各类舰船以及飞行器,在太阳能及风能发电领域,逆变电源有着不可替代的作用。有了逆变电源,就可利用直流电(蓄电池、开关电源、燃料电池等)转换成交流电为电器提供稳定可靠得用电保障,如笔记本电脑、手机、手持PC、数码相机以及各类仪器等、小型逆变电源还可利用汽车、轮船、便携供电设备,在野外提供交流电源。正弦波逆变电源的研制将带来可观的经济效益和社会效益。本系统以通用逆变电源为设计目标,采用高速SOC单片机C8051F021作为控制核心,使用MCS51系列单片机的汇编语言和C51语言进行编程,实现对逆变电路的控制,得到了一个频率在一定范围内可变,电压可调节的通用逆变电源,可以为一般性的负载提供电源。考虑到逆变电源的通用性与稳定性,文中首先对逆变电源的输出波形做了深入的分析,以SPWM波形的谐波参数为切入口,从控制方式的灵活性与简单性深入分析了采用模拟电路,数字电路,数字模拟相结合的方法得到的SPWM波形输出的优缺点,并综合考虑,选择了数字模拟结合的方法产生SPWM作为本课题的控制方法。随后课题从逆变电源的硬件设计开始,对各个功能模块做出了详细的分析与描述,并对逆变电源的控制电路做了优化设计。在软件系统的设计中考虑到该单片机的强大运算能力与丰富的片内资源,于是将嵌入式实时操作系统uC/OS-Ⅱ移植到本系统的软件平台上作为整个软件系统的运行平台,然后针对系统的要求,将各个功能模块以任务的形式进行逐一的分析与论证,优化了软件设计,使整个系统的软件具有更强的实时性与可维护性。最后再以单相逆变电源为基础,进一步讨论了基于由三个单相逆变电源组成的三相逆变电源,从硬件构成与软件结构结合控制策略做出了明确的分析,并结合DSP对整个系统的硬件与软件结构都做出了优化。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-11
第一章绪论  11-15
  1.1 课题研究的背景  11-13
  1.2 课题研究的意义  13-14
  1.3 课题的主要研究内容与预期目标  14-15
第二章 SPWM产生方法的分析与研究  15-24
  2.1 引言  15
  2.2 PWM技术  15-16
  2.3 基于模拟电路的SPWM产生方法  16-17
  2.4 基于数字电路的SPWM产生方法  17-18
  2.5 模拟/数字结合的SPWM产生方法  18-19
  2.6 SPWM的谐波分析  19-23
  2.7 本章小结  23-24
第三章基于C8051F021的单相逆变电源的硬件设计  24-40
  3.1 引言  24-25
  3.2 单相逆变电源主电路分析与设计  25
  3.3 单相逆变电源控制电路分析与设计  25-30
    3.3.1 增强型51单片机C8051F021  25-26
    3.3.2 系统主控电路  26-27
    3.3.3 键盘与显示电路  27-28
    3.3.4 三角波产生电路  28-29
    3.3.5 SPWM产生电路  29-30
  3.4 单相逆变电源检测电路分析与设计  30-32
    3.4.1 电压检测电路  30-31
    3.4.2 电流检测电路  31
    3.4.3 频率检测电路  31-32
  3.5 单相逆变电源保护电路分析与设计  32-36
    3.5.1 欠压保护电路  32-33
    3.5.2 过压保护电路  33-34
    3.5.3 过流保护电路  34-35
    3.5.4 过热保护电路  35-36
  3.6 驱动部分电路  36-37
  3.7 输出滤波器分析与设计  37-38
  3.8 辅助电源的分析与设计  38-39
  3.9 本章小结  39-40
第四章基于C8051F021的单相逆变电源的软件设计  40-65
  4.1 引言  40
  4.2 系统软件组成分析  40-49
    4.2.1 系统初始化任务  41-42
    4.2.2 键盘扫描任务  42-43
    4.2.3 按键响应任务  43-44
    4.2.4 系统显示任务  44-45
    4.2.5 电压电流频率采样任务  45-48
    4.2.6 通信任务  48-49
  4.3 正弦波的实现与优化  49-53
    4.3.1 正弦值表的建立  49-50
    4.3.2 基于C8051F021的正弦波产生  50-52
    4.3.3 正弦波输出算法的优化  52-53
  4.4 控制策略的选择与实现  53-61
    4.4.1 PID控制器  53-55
    4.4.2 位置式PID  55-56
    4.4.3 增量式PID  56-58
    4.4.4 模糊控制  58-59
    4.4.5 模糊自整定PI控制的实现  59-61
  4.5 uC/OS-Ⅱ在C8051F021上的移植  61-64
    4.5.1 开发工具和运行环境  61
    4.5.2 移植中所需修改的文件  61-64
    4.5.3 可重入函数  64
  4.6 本章小结  64-65
第五章单相逆变电源组合为三相逆变电源的研究  65-72
  5.1 引言  65
  5.2 三相逆变电源的硬件结构  65
  5.3 三相逆变电源的软件控制方式  65-70
    5.3.1 主控机与被控机通信协议  66-69
    5.3.2 三相逆变电源协调控制方法以及流程  69-70
  5.4 基于DSP的优化  70-71
  5.5 本章小结  71-72
第六章试验结果以及结论  72-76
  6.1 引言  72
  6.2 实验平台  72-73
  6.3 实验波形以及结果  73-75
  6.4 本章小结  75-76
第七章总结与展望  76-77
参考文献  77-81
附录  81-83
攻读硕士学位期间发表和录用的论文  83-84
致谢  84

正弦波逆变电源的研究与设计

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