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1、分类号 密级 西安交通大学硕 士 学 位 论 文题目: 基于DSP的25Hz逆变电源数字化控制的研究 专业： 控制理论与控制工程 申请人： 指导教师： 论文提交日期2002年03月 日 学位授予日期 西安交通大学硕 士 学 位 论 文英文题目: Research of Fully Digital DSP-based 25Hz Inverter Power Supply. 论文主题词：Inverter Power Supply ; Fully Digital Control ; State Feedback Control; Repetitive Control; PID Control 论文类
2、型（选）1.理论研究 2.应用基础 3.应用研究4.研究报告 5.软件开发 6.设计报告7.案例分析 8.调研报告 9.其它III摘要论文题目：基于DSP的25Hz逆变电源数字化控制的研究专 业：控制理论与控制工程研 究 生： 指导教师： 教授摘要25Hz逆变电源是铁路用特种电源，目前市场上的产品大都采用模拟控制方式，其中存在很多问题。本文针对这些问题，采用TI公司的定点DSPTMS320F240作为控制器，对其进行了数字化控制的研究。本文对25Hz逆变电源数字化控制的实现作了详细的介绍，分别利用状态反馈控制、重复控制和PID控制算法对系统的控制进行了理论分析和试验研究。论文首先建立了逆变器的
3、模型，然后对状态反馈控制、重复控制和PID控制算法进行了理论分析。在其基础上，提出了基于TMS320F240的硬件设计方案。根据实验装置，对控制参数进行了设计。其后对控制算法进行了软件设计，并对实验装置进行了实验调试。实验装置采用单相全桥逆变电路，输出功率为1kW，开关频率为20kHz。利用重复控制实现了系统的数字化控制，输出特性基本满足要求，并给出了实验样机。经实验证实，状态反馈控制逆变器系统稳定性好，但是在加载的情况下，电压跌落幅度大。重复控制逆变器系统稳定性和鲁棒性都很好，输出谐波含量小，波形质量高，但是动态特性不是特别理想。数字PID控制算法，应用于单电压环逆变器时，由于采样和计算延时
4、的影响，系统稳定性低，稳定裕量小，效果不理想，有待进一步的研究和改善。【关键词】逆变电源；DSP；状态反馈控制；重复控制；PID控制【论文类型】应用研究Title: Research on DSP-based Digital Control of 25Hz Inverter Power SupplyMajor: Control Theory and Control EngineeringName: Fang HonglianSupervisor: Su YanminAbstract25Hz inverter is a special power supply used in the railr
5、oad system. Due to the disadvantages of analog control mode used in current products, the implementation of digital controller is described in this paper. The system is controlled by a TI TMS320F240 DSP(20-MHz 16-bit fixed-point).The implementation of the digital controller is introduced in details
6、in this paper. The theoretical analysis and experimental research of the system control are accomplished using the following three control schemes: the state feedback control, the repetitive control and the digital PID control.First, the inverter models are established. Furthermore, the three contro
7、l schemes are analyzed theoretically, and the hardware design of the controller based on TMS320F240 is subsequently illustrated. Then the parameters of the controller are designed according to the experimental device. Moreover,the software implementation and the debugging of the experimental device
8、are completed.In order to prove the concepts, a lab prototype system of 1-kW single-phase full bridge inverter operating at 20 kHz is set up with experimental results presented. The control system is implemented using repetitive control and the output characteristics of the system can meet the requi
9、rements. The system with feedback state control is stable. The output voltage, however, declines remarkably as the load is added to the system. The repetitive control system possesses a satisfactory stable and robust characteristic, high quality of the output waveform and low total harmonics distort
10、ion. However, the dynamic response is not very good. Due to the sample and computing time delay, the system stability is not good using digital PID control algorithm with only one voltage feedback loop which deserves future investigation.【Key Words】inverter power supply; DSP; state feedback control;
11、 repetitive control; PID control【Type of Thesis】Applied Research目录 目录第一章 绪论.11.1 研究背景11.2 国内外研究现状.21.3 逆变电源系统构成.41.4 本论文的研究内容.5第二章 控制方法.72.1 引言.72.2 主电路结构与建模.72.3 状态反馈控制原理.102.4 不完全微分算法.122.5 重复控制原理.142.6 PID控制原理.172.7 采样和计算延时对系统控制性能的影响.182.8 小结.20第三章 控制系统硬件设计.213.1 控制电路构成.213.2 TMS320F240及其外围设备.213
12、.2.1 事件管理器.233.2.2 A/D模块.253.3 A/D采样电路.253.4 存储器与F240的接口.283.5 硬件设计中的抗干扰问题.293.5.1 概述.293.5.2 信号检测A/D采样中的抗干扰措施.30第四章 控制参数设计.314.1 概述.314.2 状态反馈控制算法参数的设计.324.2.1 动态特性反馈增益矩阵L的设计.324.2.2 稳态特性输入增益K的设计.344.3 重复控制算法参数的设计.354.4 PID算法参数的设计.364.5 预估器原理.384.6 小结.39第五章 系统软件设计.405.1 概述.405.2 初始化.405.3 软启动问题.425.4 控制算法软件设计.435.5 软件抗干扰措施.475.6 小结.47第六章 实验结果及分析.496.1 状态反馈控制算法的实验结果及分析.496.2 重复控制算法的实验结果及分析.
