2009年DSP考试研究生考试.doc

共 1页 第 1 页密封线燕山大学试卷题号12345总分分数说明：交卷时题签页为封面，答案另附纸张。要求自主答题，杜绝雷同。每题的参考文献直接放于该题答案后面。1、（20分）今欲采用DSP对某期望输出电压有效值为200V的正弦波逆变器进行数字化控制，若电路器件为理想，忽略各种损耗，且负载恒定，当输入电压变化范围为350V-400V时，请查阅相关资料后：设计闭环（电压闭环）控制系统，绘制闭环控制系统框图，并进行必要的设计说明。若闭环控制器为PI调节器，请，绘制程序流程图，编写闭环控制程序 （ C语言或汇编语言均可，应包含A/D采样，以下各题同此要求 ），并说明程序是如何进行闭环调整的。2、（20分）逆变器的并联运行是逆变器应用中的一个重要方向，请查阅相关资料后，完成下列题目：列举正弦波逆变器并联的主要方法，阐述其原理。自选一种并联方案，绘制流程图，编写核心程序。3、（20分）逆变器并网发电运行是目前的研究热门，请查阅相关资料后，完成下列题目：列举数字锁相的主要方法，阐明其原理。自选一种锁相方案，绘制流程图，编写核心程序。4、（20分）逆变器并网运行时可能会遇到“孤岛”情况，请查阅相关资料后，完成下列题目：列举孤岛检测的主要方法，阐明其原理。自选一种孤岛检测方案，绘制流程图，编写核心程序。5、（20分）交流电机是电力拖动领域的主要执行机构，若采用DSP进行感应电机的有速度传感器的调速控制，请阐述感应电机矢量控制的基本原理。自选一种调速控制方案，设计控制框图，绘制流程图，编写核心程序。答题时间学号姓名班级DSP原理与应用1. 设计要求：采用DSP实现输出电压有效值为200V的电压闭环逆变器，其中电路器件为理想，忽略各种损耗，且负载恒定，输入电压变化范围为350V-400V时1 闭环控制系统设计1 闭环系统框图2 必要设计说明比例积分的控制规律为: 式中和分别为可调常数。在串联校正中，PI调节器相当于在系统中增加了一个位于原点的开环极点，同时也增加了一个位于s左半平面的开环极点。位于原点的极点可以提高系统的档次，以消除或减小系统的稳态误差，改善了系统的性能；增加的负实零点则用来提高系统的阻尼程度，缓和PI控制器极点对系统稳定性产生的不利影响。只要积分时间常数 充分小，PI控制器对系统稳定性的影响就可大大减弱。3 单相电压闭环逆变仿真 单相电压闭环逆变仿真图输出电压波形器件驱动波形2 PI调节器的DSP实现1 程序流程图2 编写相关程序：void PWMINIT() *T1PER=2000; *MCRA=0x0FC0; *ACTRA=0x0999; *CMPR1=0x0000; *CMPR2=0x0000; *T1CNT=0x0000; *T1CON=0x080E; void ADINIT() *ADCTRL1=0x0040; *MAXCONV=0x0004; *CHSELSEQ1=0x435d; * void AD_Samping() Uab=(*RESULT06)-512)6)-512)6)-512)6)-512)6)-512)9); iQ_piout1=(long)iQ_piout1*Kp5; iQ_piout1-=(long)iQ_ek0*Kp; iQ_piout1+=iQ_piout0; iQ_piout0=iQ_piout1; temp1=(int)(long)(ia_inv)+1000; temp2=(int)(long)(ib_inv)+1000; if(temp1=2000) temp1=2000; if(temp2=2000) temp2=2000; *CMPR1=temp1; *CMPR2=temp2; 3. 参考文献1) PWM逆变技术在供电电源中的应用 李新平2) 基于DSP的逆变电源滞环PWM控制方法 马玉明3) 基于CPLD的单相逆变电源设计 沈显庆，常国祥4) 基于DSP的逆变电源控制系统研究 肖翔，冀春涛，熊艳花，金斌5) 单相SPWM逆变电源仿真设计 赵建武6) 适用于独立光伏系统的正弦波逆变电源研制 曾远跃2 逆变器并联1. 逆变器并联主要方法1) 并联环流的产生原因实现逆变器电源的并联运行最重要的是，时刻保证各逆变器输出电压的幅值和相位一致，由于各个参数的差异必然导致电压幅值个相位的偏差，必然导致出现并联环流，而且并联环流不仅与逆变器输出电压有关，还与逆变器输出滤波器参数有关。由于逆变器并联均流为调解相位和幅值，故可以将逆变器输出滤波器及器件的参数差异等效为逆变器基波的差异。2) 并联系统控制思路 并联系统各模块输出电压只存在相位差时，输出电压相位超前的模块输出电流超前负载电流相位，承担更多的有功功率及容性无功功率；输出电压相位滞后的模块输出电流相位滞后于负载电流相位，承担较少的用功功率甚至吸收有功功率，而承担感性无功功率，因此，无功功率差用改变逆变电源的输出电压幅值来减小，有功功率差由改变相位差来减小，通过对逆变器输出电压幅值和相位的控制，可实现有功、无功功率的均分。3) 并联系统具体控制方法1 下垂特性调整法下垂均流控制就是调节开关变换器的外特性倾斜度(即调节输出阻抗),以达到并联的逆变电源均流控制的目的。直流电源通过下垂均流控制,可以自动实现并联输出均流,逆变电源也可以通过电压频率下垂均流控制来达到并联输出的有功和无功功率的自动均分控制。通过人为引入逆变电源的电压和频率下垂特性,就可以达到并联逆变电源输出的均流控制,从而抑制并联“环流”。由于存在电压和频率的下垂外特性,所以在并联后,负载运行时系统的频率及电压都会降低到某一个点,在这个点上所有的电源都会在一个较空载运行点偏低的电压和频率工作,从而使各模块电源对输出功率作相应的调整以达到消除环流的目的。采用这种均流控制并联逆变电源之间可以没有互连线,而且可以实现各种不同容量的逆变器的并联,但在带载运行时,由于频率、电压低于额定值,会影响系统的工作特性和负载的的运行性能。2 主从设置法运行方法实际上是由一个电压调节闭环控制多个电流环，靠各个电流环的调节作用实现各模块间的均流控制（各个电流环的电流给定是一致的）。因此，使用主从法均流的技术前提是需要模块具有电流控制能力。当输出电压变化时，由主模块的电压调节器对各个模块给出电流信号，各个模块根据这个电流信号进行调节，由于大家都是按照一个电流指令运行，如果调节使输出电压过高，则电压调节器将使电流指令向下做适当的调整，最终达到各个模块的输出电流基本平衡。3 民主均流法各个模块根据与主模块输出电流的差异调整自己的输出电压，实现均流运行。为了能够在固定输出阻抗的前提下输出更高的电流，必然必须提高模块的输出电压，以克服因输出阻抗而造成的内阻压降。由于在多个模块并联运行共同供电的场合，公共负载两端的电压是一致的且等于设定电压，为使输出电流均衡就要求每个模块的实际设定电压必须存在差异，此时应适当提高高阻抗模块的而输出电压，以增加高阻抗模块的输出电流，此时，主模块的输出电流可以维持不变。 总之，同步开关控制法和主从控制易于设计和实现，但并没有实现真正意义上的冗余；有功、无功调节法可以实现系统的冗余设计，但需计算功率，算法复杂；下垂特性法各个模块之间无互联线，可靠性高，但不易实现。2. 逆变器并联及流程图编程1) 前馈控制和争主同步的逆变器并联1 单台逆变器的控制此处单台逆变器采用电压电流双环加电压前馈的复合控制，控制框图如下：2 争主同步方案争主同步方案既保证了同步的精准性，简化了软件的算法，又实现了无主从关系的并联，模式和逆变器的同步冗余性，争主同步策略就是每个模块在每个工频周期内都同时向同步母线发送模块的同步脉冲，各个模块的同步脉冲在同步母线上做“或非”运算，得到同步信号，形成一种公共的同步信号。这种同步方法充分利用了DSP的各种资源，不需要额外的输出电压整形电路产生相位信息，仅仅是DSP本身进行运算，算法简单可靠，信号实时性好，在输出电压过零处进行相位校正，保证了输出电压不会产生较大的畸变。3 逆变系统均流控制采用基于环流幅值均流控制的CAN总线并联策略，加入均流环节后，由于该控制环与其他两个控制环相比，并非是实时控制环，所以从相频特性的角度来看，等效于系统中加入了一个时滞环节。这部分是DSP采样后再经过运算得到的，每个周期进行一次调幅。2) 控制流程图3) 相关程序的编写3 参考文献1) 逆变器并联控制及DSP的应用 秦娟英 陕周荣2) 基于DSP的逆变电源并联运行控制技术的研究 姜凤华,丁喆,张虎,赵静,杨卫国3) 基于DSP的单相逆变器并联控制系统设计与实现 王胜东，秦娟英4) 并联逆变器的均流技术 周松林5) 使用平均电流控制的逆变器并联系统 肖岚，刘爱忠，方天治，阮新波6) 逆变器并联控制技术研究 成晟，邵英3 数字锁相随着对电源系统供电质量和可靠性的要求越来越高，不间断电源（UPS）的应用也越来越广泛。在运行时，要求UPS的输出电压、频率和相位都与市电保持一致，这样才能在市电发生变化时保证UPS向负载提供不间断、稳定的电能，且不对负载产生过大的冲击。所以，UPS中的逆变器须有锁相环节，以保证UPS与市电的同步。锁相可分为模拟锁相和数字锁相。与传统的模拟锁相相比，数字锁相不仅能简化硬件电路的设计，降低成本，还可解决模拟电路中需要调整电路参数，以及器件的老化和温漂等问题，大大提高了电路的可靠性和锁相精度。1. 数字锁相的主要方法有1) 开环锁相方式 过零检测法在每一个周期当检测到过零点的时候正弦表的指针就被重置。这种方法只能用于输入是稳定的信号，而且正弦信号对噪音等不敏感时。 空间矢量检测法 空间矢量法的基本思想是检测空间矢量的角频率。2) 闭环锁相方式 同步锁相法同步锁相控制应具备下述功能：当电网频率满足精度要求时，使逆变器与电网同步运行；当电网频率超出精度要求范围或电网发生故障时，使逆变器与内部高精度的基准频率同步运行。此外，两种状态之间的转换要平稳，以免造成转换过程中逆变器工作频率的剧烈抖动。这种锁相方法广泛应用于三相系统中。PQ锁相法从瞬时功率理论的观点可以很好的理解这种方法。2. 同步锁相1) 同步锁相控制框图2) 流程图绘制3) 相关程序编写int dpll:getdata(vector&in, /得到的数据 double fre=1, /截止频率 unsigned int choise=1, /定义巴特沃恣低通滤波器的类型。0 为字定义输入 vector&numerator=(vector)NULL, /字定义低通的传输函数的分子 vector&denominator=(vector)NULL /自定义低通的传输函数的分母 ) input=in; pluse=0.01; trace=0.5; cutfrequency=fre; switch(choise) case 0: num=numerator; den=denominator; unitary(); break; case 1: double denom=1,1; /归一化的分母 for(int i=0;i2;i+) den.insert(den.begin()+i,denomi*pow(cutfrequency,i); /转换成非归一的传输函数 num.push_back(pluse*deni);/一阶低通的分子 num1 += pow(cutfrequency,1); break; case 2: double denom=1,sqrt(2),1; for(int i=0;i3;i+) den.insert(den.begin()+i,denomi*pow(cutfrequency,i); num.push_back(pluse*deni);/一阶低通的分子 num2 += pow(cutfrequency,2); break; case 3: double denom=1,2,2,1; for(int i=0;i4;i+) den.insert(den.begin()+i,denomi*pow(cutfrequency,i); num.push_back(pluse*deni); num3 += pow(cutfrequency,3); break; case 4: double denom=1,2.613,3.414,2.613,1; for(int i=0;i5;i+) den.insert(den.begin()+i,denomi*pow(cutfrequency,i); num.push_back(pluse*deni); num4 += pow(cutfrequency,4); break; default: coutsorry,阶数太高,不支持。阶数为：0-4；0 为自定义endl; return 0; break; run(); /调用中间的计算过程 return 0;/ dpll.cpp 文件/#include#include dpll.hint main() int i=0; vectoraaa; for(int d=0;d200;d+) aaa.push_back(sin(2*3.14*d/20); dpll dp; dp.getdata(aaa); coutoutput out:endl; for(i=0;idp.dataout.size();i+) coutdataouti: dp.dataoutiendl; /ofstream file(e:zldpllout.txt); /for(i=0;idp.dataout.size();i+) /filedp.dataouti5); if(modulecounter67) uxb=sin_tabmodulecounter-67; else uxb=sin_tabmodulecounter+133; ub=(uxb5); uc=-ua-ub; modulecounter=modulecounter+1; if(modulecounter=N) modulecounter=0; u3=u2;u2=u1;u1=ua; if(u11&u21&u31=1) wtt=0; wtt=wtt+20; e2=e1,e1=wtt; w=(e1-e2)*50; if(u3u2&u19); /*sinwt Q15定标13029 = 32767/12868*/ coswt=qcos(int)(wt_pi*14589); / i=i+1;/ if(i200)/ i=0;/ u_arf =sin_tabi5;/ u_beta=-cos_tabi5; u_arf =Ud; u_beta=Uq; /*计算旋转坐标系下的两相直流电流,iD;iQ=coswt,sinwt;sinwt,-coswt*id;iq*/ uD=(int)(long)u_arf*coswt15)+(int)(long)u_beta*sinwt15); uQ=(int)(long)u_arf*sinwt15)-(int)(long)u_beta*coswt15); w_ek1=uD; /*误差e(k)*/ w_piout1=(long)(long)w_ek1*PLL_tao9); /*(1+T/Ti)*e(k)*/ w_piout1=(long)w_piout1*PLL_Kp; /*kp*(1+T/Ti)*e(k)*/ w_piout1-=(long)w_ek0*PLL_Kp; /*kp*(1+T/Ti)*e(k)-kp*e(k-1)*/ w_piout1+=w_piout0; /*U(k)=U(k-1)+kp*(1+T/Ti)*e(k)-kp*e(k-1)*/ w_piout0=w_piout1; /*U(k-1)=U(k)*/ w_ek0=w_ek1; /*e(k-1)=e(k)*/if(w_piout1150000)w_piout1=150000; /*限幅*/if(w_piout120); /*误差wt=w*t,Q12定标*/ wt_ek0=wt_ek1; /*e(k-1)=e(k),Q12定标*/ if(wt_piout1=11500) /*11500*/ wt_piout1=-11500; /*wt2*pi=25736,Q12定标*/ wt_piout0=wt_piout1; wt_pi=wt_piout1; /*AD采样赋值*/void AD_Samping() Uab=(*RESULT06)-512)6)-512)6)-512)6)-512)6)-512)7396|ia7396|ib7396|(ia+ib)8000|Uab8000|Ubc8000|(Uab+Ubc)1)+2048); /* 将输出量送到OUTC*/ DAC3=(int)(uQ1)+2048); /* 将输出量送到OUTD*/ DACUD=0; /* 给应用板DAC输出更新寄存器（I/O空间）赋值*/ 3. 参考文献1) 基于正反馈频率漂移的光伏并网逆变器反孤岛控制. 杨海柱，金新民2) 一种新的三相光伏并网系统孤岛检测方法. 薄涛，杨滔，吕征宇3) 带正反馈的主动移频孤岛检测法的参数优化. 刘方锐，康勇，张宇4) 基于周期交替电流扰动的孤岛检测方法. 任碧莹，钟彦儒，孙向东5) 滑动频率偏移法在户用光伏孤岛检测中的应用. 刘芙蓉，王辉，康勇6) 逆变器并网的孤岛检测方法. 鹿婷，段善旭，康勇7) 光伏并网发电系统孤岛检测技术. 郭小强，赵清林，邬伟扬8) 光伏发电系统孤岛保护建模与仿真研究. 赵清林，郭小强，邬伟扬5 感应电机矢量控制1.矢量控制基本原理 矢量控制基本思想就是在普通的三相交流电动机上设法模拟直流电机转矩控制规律,在磁场定向坐标系上,将定子电流矢量分解成产生磁通的励磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量,并使两分量互相垂直,彼此独立,并分别进行调节。这样, 交流电机的转矩控制,从原理上就和直流电机相似了,因此矢量控制的关键仍是对电流矢量的幅值和空间位置(频率和相位)的控制。如果取d轴为沿转子总磁链矢量r的方向,称作M轴;再逆时针转90就是q轴,它垂直于矢量r,又称T轴。这样的两相同步旋转坐标系即为按转子磁链定向的旋转坐标系。M作为转子总磁链方向,T轴作为转矩控制分量,像直流电机一样,分别控制励磁电流、转矩电流达到控制转矩的目的。因此,可以得到下述的方程: 式中,Tr为转子电磁时间常数,Tr=Lr/Rr;为转矩电流分量。而定子电流分量为: 可以看出,转子磁链是由定子电流分量产生,而与转矩分量无关,从这个意义上讲,定子电流的励磁分量和转矩分量是解耦的。2. 流程图及相关程序编写void _attribute_(_interrupt_) _ADCInterrupt(void)