基于DSP控制的全数字UPS逆变器设计

图4为简化的电压外环控制框图。其中为电压外环数字PI控制器脉冲传递函数的一般形式，K1－K2=KITs，KI为积分系数。

由于上面设计的电流内环的跟踪速度远快于电压外环，在设计电压外环时，作如下合理的简化：设电感电流已经能够跟踪指令电流，这样可以假设电流内环为一个单位比例环节1，从而得到电压外环的开环脉冲传递函数为：（忽略了电容的串连电阻rC），其闭环传递函数的特征方程为：。同样根据无差拍控制原理，令特征根为0，得到K1可以为任意常数。根据K1和K2的关系并结合仿真的方法可以确定K1。

在上面的控制参数设计过程中，均采用了单位反馈的简化方框图，实际线路的反馈通道上肯定会有比例环节，因此在上述设计的基础上，还要根据实际的反馈比例变换控制方框图，得到最终的控制环节参数。

3 采样控制时序设计

图5是本文提出的一种采样控制时序示意图。t0－t4为一个开关周期，由于采用了倍频单极性的正弦波脉宽调制方法，输出滤波电感的脉动频率是开关频率的两倍，这样可以缩小滤波元件的体积。在定时器周期中断的t1时刻，同时启动两路A/D转换器，进行电压和电流反馈量的采样，t2时刻A/D转换结束，立即进行双环控制算法的执行直至t3时刻。在定时器下溢中断的t4时刻，将计算所得的比较值CMPRx载入。显然，在这种采样控制方法中，控制点相对于采样点只延时了半个开关周期，比许多文献[4][5]报道的延时一个开关周期的采样控制方法，控制的实时性得到的很大的提高，仿真和实验都验证了这一点。

4 仿真和实验结果

表1列出了本文提出的数字控制逆变器的一些主要参数。

在进行实际的实验之前，先用MATLAB的SIMULINK工具箱对UPS逆变器系统进行了仿真研究，图6为负载切换时的输出电压和负载电流的仿真波形。

图7(a)为满载3kVA下输出电压和电感电流的稳态实验波形，用LEM公司的钳形表HEMEANALYST2060测得：THD=1.4％，实验数据表明控制系统具有很好的稳态特性。图7(b)为半载到满载切换时的负载电压和负载电流实验波形，图7(c)为满载到半载的切换。实验波形与仿真波形吻合得比较好，显示逆变器能够很快将输出电压调整至稳态，表明了控制系统具有良好的动态特性。

作者：言超　吴燮华   来源：电子查询网