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1、单相交流程控电源控制系统的研究摘要近些年来，随着电力电子技术、自动控制技术的迅速发展，变频电源作为电源系统的重要组成部分，其性能的优劣直接关系到整个系统的安全性和可靠性指标。本文所设计的单相交流程控电源测控系统实际上为一大功率变频电源的测控系统，控制输出幅度、频率可调的正弦功率信号，并对输出的大功率信号进行实时监测。其输出信号波形理想，电压幅度在180V300V范围内连续可调，误差为0.1%；信号频率在30Hz1000Hz 范围内连续可调，误差为1%；最大输出功率为40KW。以上特性在一定程度上满足了用户的需求，用户在得到轻度谐波污染的电能供应的同时，又可以在步长和范围允许的情况下通过人机界面
2、很方便地改变输出信号的参数，得到需求的信号。整个设计结合电机控制原理，根据直接数字频率合成法(Direct Digital Frequency Synthesis 简称DDFS 或DDS)设计产生调制波和载波信号的电路，最终通过绝缘栅双极型功率管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)驱动生成大功率交流信号。设计中选用性价比较高的复杂可编程逻辑器件EPM570T144I5，在EPM570 中实现DDS 所需的逻辑单元，将调制波和载波波形数据存储于高速静态随机存取存储器(SRAM)61LV6416 中。然后将存储于SRAM 中的波形数据通过数字模拟转换
3、器(DAC)AD5445 转化成模拟信号，最后通过低通滤波器滤波，得到平滑的信号。为了对系统中的电压、电流等模拟量进行监测，本设计选用美国模拟器件公司(ADI)的高性能同步采样模拟数字转换器(ADC)AD7656 来转换互感器采集的信号。同时对输出信号幅度通过软件实现比例积分微分(Proportional-Integral-Derivative，简称PID)调节，保证了良好的精度，实现了系统的稳压输出。本设计以恩智浦(NXP)公司的32 位ARM7 微控制器LPC2214 为控制核心，结合高速复杂可编程逻辑器件EPM570T144I5 作为实时逻辑控制单元，达到了较理想的信号采样、分析处理、波
4、形输出及相关控制。为了使LPC2214 能更好的实现算法和控制的实时性，又引入了另一个32 位ARM7处理器LPC2136 专门处理按键和LCD 显示。最后经实际测试证明，该系统具有较好的稳定性，基本满足了设计的要求。关键词程控电源；DDS；PID 控制Development of Measuring and Controlling System of Single-phase AC Programmed Power SupplyAbstractIn recent years, with the development of technology of power electronics an
5、d technology of automatic controlling, the performance of variable-frequency power source which is an important part of the power supply is directly related to the security and reliability of the system. In this paper, the measuring and controlling system of single-phase AC programmed power supply i
6、s a controlling and measuring system of a high-power frequency conversion power, and its output is the sine power signal that the frequency and amplitude can be adjusted and it can monitor and control the large power signal at the same time. The output of the system is a ideal signal and the amplitu
7、de(180V300V) and the frequency(30Hz1000Hz) of the signal can be adjusted freely responding to the users orders. The max output power is 40KW. In a sense, these characters can meet the demands of the user. So the user can get slight harmonic pollution supply and can get the right signal easily by cha
8、nging the parameters through the man-machine mutual panel.In this paper, combining the theory of the electric machine control and using Direct Digital Frequency Synthesis (which is short for DDS or DDFS), we design a circuit that can generate modulated signal and carried signal. We chose the complex
9、 programmable logic(CPLD) device-EPM570T144I5 which is of high performance and low cost, and we design the logic circuit of DDS in it. The data of the modulated signal and carried signal is inputted into a high-speed static random access memory-61LV6416. Then, the data can convert to the analog sign
10、al through the DAC-AD5445. At last we can get the smooth signal through the low pass filter. In order to monitor and control the voltage, the current and other parameters of the system, we use the high-performance synchronous sample analog to digital converter(ADC) AD7656 to sample the signal from t
11、he mutual-inductor mutual. The output signal is regulated through the software PID.It can practice the stability output and ensure the high-sensibly. In this paper, the 32bit ARM7-LPC2214 processor of NXP company is used as the core of controlling and the high-speed CPLD EPM570T144I5 is used as the
12、logic control unit, we can get a much better signal sample, analyse and processing, wave output and related controlling. In order to guarantee the performance of a real time of the arithmetic and controlling of the LPC2214, we use another ARM7 processor LPC2136 to process the key and LCD display spe
13、cially.At last, through the practice and testing, we prove that the system satisfy the require of design with much better stability.Keywords programmable source, DDS, PID control目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 研究背景和意义11.2 单相交流程控电源控制系统的研究现状21.3 主要研究内容31.4 系统技术指标3第2章 系统基本理论42.1 系统基本结构42.2 波形发生器基本原理52.2.1 DD
14、S 基本原理52.2.2 DDS 的结构52.2.3 波形合成62.3 本章小结7第3章 硬件设计83.1 波形发生器的设计83.1.1 DDS 的基本构架93.1.2 低通滤波器113.1.3 信号频率调节的实现123.1.4 信号频率调节的实现123.2 反馈监测单元电路的设计133.2.1 信号采样电路133.2.2 信号调理电路133.2.3 A/D 转换电路143.3 CPLD 控制模块及硬件语言设计143.3.1 CPLD 控制模块及硬件设计143.4 主控处理器LPC2214163.5 人机界面203.6 安全保护措施213.7 本章小结21第4章 软件设计与实现234.1 功能
15、实现单元软件的实现234.1.1 控制软件实现的基本功能234.1.2 控制软件的实现244.2 上位机程序324.3 本章小结34结论35致谢36参考文献37附录1 LPC2214 及其外围电路38附录2 AD7656 电路连接图39附录3 系统功能实现单元电路板41附录4 系统整体外观42千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行第1章 绪论1.1 研究背景和意义近些年来，随着电力电子技术、自动控制技术的迅速发展，变频电源作为电源系统的重要组成部分，其性能的优劣直接关系到整个系统的安全
16、性和可靠性指标。本文所设计的单相交流程控电源控制系统实际上为一变频电源的控制系统。变频电源自问世以来便引起了国内外电源界的普遍关注，现已成为具有发展前景和影响力的一项高新技术产品。现代变频电源以其低功耗、高效率、电路简洁等显著优点而受到人们的青睐1，并广泛的应用于电气传动、计算机、电子设备、仪器仪表、通信设备和家用电器中。随着工业自动化产业的迅速发展，人们对变频电源的需求与日俱增，变频电源的开发研制生产已经成为发展前景十分诱人的朝阳产业1。相对于工业化国家来说，我国变频器行业起步比较晚，到20世纪90年代初，国外的变频器产品正式涌进中国市场，国内企业才开始认识到变频器的作用，并开始尝试使用。最先进入中国变频器市场的是日本厂家
