研究与开发 D：鲁：三(1+Msin2知(K／N)) Z 2、 (5) cot) U U 图3规则采样法示意图 3．2基于DSP的SPWM波形产生及软件编程 TMS320LF2407作为控制芯片，实现对逆变电 源的控制，所实现的主要功能如下： (1)利用DSP中事件管理器模块(Evx)产生两 路互补的SPWM信号分别控制逆变桥的上下桥臂。 (2)内置的A／D模块接收来自采样电路的电 压电流信号，并送至DSP内部，经过数字运算后产 生控制SPWM信号的占空比，从而产生标准SPWM 信号。 (3)实现功率保护及故障关断程序，监测系统 运转情况。 在控制系统中，三角载波频率由DSP定时器 TxPR确定，在连续增减计数方式下，取CPU时钟 为fCPU=40MHz，三角载波频率为fr=lOkHz，则TxPR 计数值TxPR=fcPu，矗为2000。 由舌PWM的产生需要周期和脉宽这两个必不 可少的条件，所以，对于SPWIVl信号来说，要求DSP 产生的PWM波占空比按照正弦规律变化。本设计中 基准正弦信号是通过查表获得的，即用一系列离散点 来表示正弦波值。本系统中开关频率(三角波频率) 是fx----10kHz，正弦波信号是50Hz，则存储的离散点 数为N=10kHz／50Hz=200。编C程序将0～3600的正 弦信号均分为200个离散点，将这些离散值代入式 (5)中，求得这200个点的占空比数值，然后存入 DSP存储器，作为电压信号的参考值用于查表程序。 编程中改变式(5)中的调制比M可比较容易的实现 调压控制。为了防止一个桥臂上的两个管子导通短 路，在死区寄存器设置3s的死区时间。 由于在本系统实时控制中，占空比在不断变化， 所以每个载波周期都需要改变一次占空比。考虑到 规则采样法中每个载波周期只有一个采样值，可利 用比较单元的上溢中断来更新比较寄存器CMPRx 的值，即计数器达到计数上溢时产生中断查表将相 反馈采样利用DSP的A／D模块，利用比较单元 的比较中断，当计时器计数值达到CMPRx时，A／D 模块产生中断，电压采样，从负载侧实时的获得电 压值与标准的正弦表比较，通过电压调节器来实现 PI控制。电流内环的PI控制过程与电压外环相同。 3．3 PID参数整定 通过调整PID的三个参数Kp(比例系数)、T／ (积分系数)、Td(微分系数)，将系统的闭环特征 根分布在S域的左半平面的某一特定域内，以保证 系统具有足够的稳定裕度并满足给定的性能指标。 本系统采用PI调节，参数整定方法采用扩充临界比 例法(齐格勒一尼柯尔斯法)。 其整定步骤如下： (1)选择合适的采样周期。选取采样对象的周 期的1／10以下，用L加表示。 (2)用上述的L舻仅让控制器作纯比例控制， 逐渐增大比例系数勋，直至使系统出现等幅振荡， 记下此时的比例系数Kr和振荡周期n。 (3)选择控制度。控制度为数字控制系统误差 平方的积分与对应的模拟控制系统误差平方的积分 之比。对于数字系统可用计算机计算。通常，当控制 度为1．05时，就认为数字控制与模拟控制效果相同。 当控制度为2时，数字控制比模拟控制的质量差一倍。 (4)选择控制长后，按下表求得周期丁、比例 系数勋，积分时间常数力。 (5)按求得的参数运行，在运行中观察控制效 果，用试凑法进一步寻求更为满意的数值。 扩充临界比例法整定计算公式表如表1所示。 表中同时给出了模拟方法和临界比例度法的相应参 数，供参考。 表l 扩充临界比例度法整定计算公式表 控制度 控制规律 丁 Kp n Td 1．05 1．50 2．0 模拟控 制器 临界比 Pl O．037Tr 0．53Kr O．8821r PID 0．014 Z1r O．63Kr 0．49 Tr 0．14n P1 PID 0．14 77 O．42置r 0．99n 0．09乃· 034Kr 0．43 Tr 0．20打 PI O．22 7， 0．36n 1．05 7， PID PI PID P1 0．16n O．27Kr 0．40 Tr O．22乃‘ O．57Xr 0．83n 0．70足r 0．50乃· 一．13什 0．45Kr O．83n 例度法 PID 0．60足r 0．50 Z， 0．125n 3．4系统软件 本系统软件按照模块化设计思想编写，用主程 应的正弦值加载到比较寄存器CMPRx中。 序来调用模块化的中断子程序。主程序用于调用初 38l壤黑纛纛2007年第12期 万方数据 

始化程序、中断子程序等，程序框图见图 4(功率 显优势。 研究与开发 保护及故障关断程序框图省略)。 INT2～t溢rp鞭1．1 丌始 t乜餍}瞧流采}莩 匦蛔 ——————I一 尘城SPWM傍弓阿胡 罨荤 图4软件设计程序流程 4仿真结果及与实验结果的比较 本电源主电路设计包括整流电路、Buck降压电 路以及全桥逆变电路，其仿真模型参照图1，仿真 采用软件为O疋ADl0．5【4j。 为了仿真的真实性，在输入电压220V／50Hz中 加入了2次，3次和5次谐波。图1中仿真的输入 电压信号中包括了加入的几次谐波。 要求输出电压为O～120V的交流电压，则全桥 逆变电路输入电压最大为170V，考虑20％的裕量， 即为Buck电路最大输出电压为204V。Buck电路输 入电压为整流桥的输出电压，为Vs≈311V。则仿真 中Buck电路开关最大占空比D。。为： D。。=Vo／V,=204V13 1 l V≈0．65 逆变桥电路控制信号的产生：正弦信号与三角 波信号在图1所示电压比较器中进行比较，产生正 负高低不同的脉冲电平，输入逻辑电平比较器中(输 入电平大于0时产生20V电平，输入电平小于0时 产生0电平)，逻辑电平比较器的输出作为全桥逆变 电路开关的驱动信号。该全桥逆变电路采用双极性 SPWM控制方式，所以仿真中用到两路正弦信号和 输出逻辑电平比较器。两个逻辑电平比较器产生互 补的正弦脉冲信号。图5为仿真得到负载端的正弦 信号波形。 经TMS320LF2407产生SPWM控制信号控制 全桥逆变电路，在电源输出端得到的电压波形如图 6所示。 由仿真结果以及实验结果的比较可以看出，硬 件实验电路产生了理想的正弦波电压，实验结果表 …-● …舞车辛 …触…』洋馨套喾 上～ 李7 ￥ 一A‘ ：：≠：辛 …一卜d左 ：：l 鲻古jl燕崭蔓j扯基!燕3 蔗矬；意 ”…『¨V… …V…■¨…矿一 厂一7' …n上¨I 一阿哥 …●● 8吣 120Is 16吣 20h5 1u№ 图5仿真输出的电压波形 图6输出空载电压波形 5结论 本文设计了输入电压220V，输出电压为0～ 120V／50Hz的可调交流电源。基于TMS320LF2407 芯片实现了对逆变电源的数字控制，在控制中，采 用了双闭环控制策略，具有系统可靠性高，精度受 环境影响小，编程性强，适应及更新能力强的特点， 优于传统的模拟电路。仿真及实验结果得到了良好 的正弦波形，表明设计思想和电路结构的正确性。 参考文献 [1】 刘和平．TMS320LF240x DSP结构原理及应用【M]． 北京：北京航空航天大学出版社，2002． 【2】刘凤君．现在逆变技术应用【M】．北京：电子工业出 版社，2006． [3】罗小伟，李树广．基于TMS320F240的SPWM调制 信号的实现【J]．微计算机应用，2004． [4】刘谖．pspice电路设计与实现[M】．北京：国防工业 明，设计的电路工作稳定，输出波形平滑，具有良 出版社，2005． 好的正弦度。实验中调压效果良好，与传统的模拟 方式相比，该设计在精度、体积以及重量上有着明 万方数据 2007年第12期露鼍麓煮139 

基于DSP控制的单相逆变电源设计 作者： 鲁继业， 周伟， 赵小明， 张俊民， 蔡旭， Lu Jiye， Zhou Wei， Zhao Xiaoming， Zhang Junmin， Cai Xu 作者单位： 鲁继业,蔡旭,Lu Jiye,Cai Xu(上海交通大学,电气工程系,上海,200030)， 周伟,赵小明,张 俊民,Zhou Wei,Zhao Xiaoming,Zhang Junmin(北京航空航天大学自动化科学与电气工程学 刊名： 院,北京,100083) 电气技术 英文刊名： ELECTRICAL ENGINEERING 年，卷(期)： 2007(12) 1次 被引用次数： 参考文献(4条) 1.刘湲 pspice电路设计与实现 2005 2.罗小伟;李树广 基于TMS320F240的SPWM调制信号的实现[期刊论文]-微计算机应用 2004(5) 3.刘凤君 现在逆变技术应用 2006 4.刘和平 TMS320LF240x DSP结构原理及应用 2002 引证文献(1条) 1.屈文斌.赵亚妮 基于数字信号处理器的逆变电源研究[期刊论文]-中国新技术新产品 2009(24) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dianqjs200712010.aspx