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1、-中南大学硕士学位论文基于嵌入式移植的Delta型UPS研究作者*：朱永祥学科专业：软件工程学院系、所：信息科学与工程学院指导教师：王建新. z-原 创 性 声 明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进展的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的奉献均已在论文中作了明确的说明。作者签名： 日期：年月日关于学位论文使用授权说明本人了解中南大学有关保存、使用学位论文的规定，即：学校有权保存学位论文，允许学位论文被查阅和借
2、阅；学校可以公布学位论文的全部或局部内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文；学校可根据国家或*省有关部门规定送交学位论文。作者签名： 导师签名 日期：年月日. z-摘 要本文主要内容是关于Delta型不连续电源(UPS，Uninterruptible PowerSupply)的设计与实现，旨在为新型UPS电源的研制奠定一定的理论和技术根底。本文以Delta型UPS的研究为核心内容，根据UPS数字化、绿色化、高频化的要求，分析Delta型UPS在输入功率因数校正、功率传输等方面的优点，并从实用化的角度设计了一台基于DSP和嵌入式实时操作系统的单相Delta型小容量的UPS。变换器作为De
3、lta型UPS的核心，在很大程度上决定了整机的性能。本文应用状态空间平均法对变换器实现了数字化模型，采用了数字PID控制方法，实现了对Delta变换器和主变流器的控制，详细讨论了负载非线性和死区效应对逆变性能的影响，提出了一种在高速逻辑门电路上的PWM死区实现方法。本文中论述了Delta型UPS的功率因数校正电路、功率传输等功能，详细阐述了基于DSP的UPS控制器设计过程，给出了电压调理电路、实时时钟电路、A/D转换电路、IPM功率接口电路等的设计和实现方案，并分析了系统的抗干扰措施。最后，本文详细分析了系统软件的特点。针对其实时性的要求，引入了基于C/OS-的嵌入式实时操作系统DSP RTO
4、S，研制了基于TMS320LLF2407A型DSP的硬件电路，并在硬件上调试通过。软件实现上，首先把DSP RTOS内核移植到TMS320LLF2407A型DSP芯片上，然后采用DSP RTOS作为软件开发平台，把整个系统按功能模块划分成几个任务，并给出了键盘扫描、PWM生成、CAN通信等主要任务的程序流程和代码，为程序开发和以后的维护升级提供方便。关键词：DSP；C/OS-；嵌入式系统；主变流器；Delta变换器. z-ABSTRACTThe transformation technique design and its realization of the Delta uninterrup
5、tible power supply (UPS) are reseached in the distertation,in order to gain the certain theories and technique foundations of the new power supply(UPS).According to the requestion of numeralization, greenness and high frequency, the dissertation tacres the research of Delta UPS as the core research
6、content, the advantages of the input power factor,the power deliver and etc are analyzed. Then one prototype on-line Delta UPS is designed based on digital signal processor (DSP) and embedded real-time operation system.The converter determines the system performance. The numeralization average state
7、 space method employed. The numeralization PID control method is realized to control the Delta converter and the main converter. The non-linear influence of the load and the dead effect are discussed indetail,and a pensation of the PWM dead effect based on the high-speed logic circuit is puts forwar
8、d.The input power factor and the power deliver are dealed with in the dissertation. Also the design process of the UPS controller based on digital signal processor (DSP) is set forth. The design and realization of the reguble voltage circuit, real-time clock circuit, A/D conversion circuit, interfac
9、e circuit of IPM module and etc .are achieved, and the antiinterference steps of the system are analysed.Finally, the characteristic of the system software is analysed in detail. For the real-time requestion, the embedded real-time operating system based on the C/OS- as the software develoption plat
10、form is introdued to the control system, and is debug to pass on the hardware based on TMS320LLF2407A DSP. For the realization, the kernel of DSP RTOS is transplant into TMS320LLF2407A DSP. The software system is partitioned the several missions according the function module based on the software de
11、veloption platform of DSP RTOS. The program flows and codes of the main missions such as keyboard scan, PWM generation, CAN munication are get nold off the future maintenance to provide the convenience for the program develoption.Keywords:digital signal processor；C/OS-；the embedded operating system；
12、main converter；Delta converter. z-目 录第一章 绪 论11.1论文的研究背景及选题意义11.2 UPS开展现状21.2.1 UPS的工作原理和分类21.2.2各类型UPS的技术优缺点比拟41.2.3 UPS的研究热点与开展趋势51.3论文主要研究内容6第二章 Delta型UPS的总体介绍72.1 Delta型UPS的提出72.1.1传统双变换在线式UPS的特点7 Delta型UPS与传统双变换在线式UPS比拟82.2 Delta型UPS工作原理10 Delta型UPS的电路形式与工作过程10 Delta变换器的电压补偿过程10 Delta型UPS的功率传输过程
13、11 Delta型UPS输入功率因数校正132.3 小结15第三章 Delta型UPS变换器的数字控制方法研究163.1 Delta型UPS变换器建模163.2变换器数学模型及其控制方法分析17 基于状态空间平均法逆变器的数字化模型17 数字模型分析183.3 Delta型UPS变换器的数字化控制策略19比例-积分-微分控制PID20基于数字PID的变换器数字控制方法203.4 Delta变换器和主变流器的数字控制实现213.5 PWM死区效应及其补偿223.6 小结25第四章 基于DSP的Delta型UPS控制电路设计264.1 DSP控制单元的组成与根本原理264.2 控制芯片的选择及其性
14、能264.3 TMS320LF2407的外围电路设计284.4 DSP主控子系统29 电压电流信号调理电路294.4.2 A/D转换电路29 实时时钟电路30 保护控制信号电路314.4.5 50Hz标准信号发生器与同步电路314.5 辅助电源子系统设计324.6 小结33第五章 基于DSP RTOS嵌入式系统软件的设计345.1嵌入式操作系统的需要345.2 DSP RTOS嵌入式操作系统简介345.3 DSP RTOS在TMS320LLF2407A上的移植35 DSP RTOS移植的准备35OS_CPU.H头文件修改36OS_CPU_C.C文件修改36OS_CPU_A.ASM 文件修改38移植中要注意的问题415.4基于DSP RTOS的多任务系统41键盘扫描任务KeyScan43数字PWM生成任务PWM43数字锁相任务 DLLP45市电监测任务VoItWatch475.4.5CAN通信任务CANm 48LCD显示任务LCDShow 485.5系统软件初始化495.6抗干扰设计505.7小结51第六章 实验结果分析与研究展望526. 1实验结果分析526.2进一步研究展望56参考文献58致 谢61附录A62攻读硕士学位期间主要的研究成果67.
