基于DSP的UPS逆变电源的控制系统的研究-开题报告

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名： 学 号：学 院 、 系 ： 信息与通信工程学院电气工程系专 业 ： 电气工程及其自动化设 计 题 目 ：基于 DSP 的 UPS 逆变电源的控制系统的研究指 导 教 师 : 2013 年 03 月 10 日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述一、本课题研究的目的及意义UPS（uninterruptible power system，不间断电源）是网络系统安全运行的重要保障。随着网络应用的逐渐普及，特别是互联网规模的日趋扩大，UPS 在网络与电子商务飞速发展的年代里也迎来了它的黄金时期。网络时代的 UPS 产品已经由独立的外设产品发展成为整个计算机和网络系统不可分割的一部分。对 UPS 自动化、智能化和网络化的要求也越来越高，这种需求为 UPS 的蓬勃发展奠定了基础，并为 UPS 提供了广阔的使用空间。将数字信号处理技术应用于 UPS 电源的控制环节，实现 UPS 的数字化是当今 UPS 发展的核心。由于数字技术的应用，UPS 实现自动化、智能化和网络化，才会是必然结果 1 2。基于 DSP 的 UPS 工作状况是从集成化的角度来替换由电容、电阻和半导体器件组成的电路设计，也就是用 DSP 技术改善在线式 UPS 射界。将数字技术应用于 UPS 控制技术环节，可简化传统 UPS 设备制造方面的线路设计，改善了设备的技术标准。传统的控制策略是利用经典控制理论以及模拟和数字电路，以实现复杂的控制功能。这种方案虽能较可靠地完成目标，但有诸多不利，例如集成度不高、控制参数一旦确定就很难调整，固定的交截（19.2Khz）决定其响应速度，难有令人满意的控制效果。基于 DSP 的 UPS 的基本工作原理同一般线式 UPS 接近，只是基于 DSP 的 UPS 的系统控制由 DSP 协同 CPU 完成。由于 DSP 在数据处理方面不论是在精度还是在速度方面都要优于普通微处理器，采用 DSP 技术，可以实现对各反馈信号进行快速实时处理，使得输出电源的电压和频率的波动马上得到调整，以保证输出电源的稳定，故采用 DSP技术的 UPS 具有一般 UPS 不可比拟的优势 3 4。随着网络系统对电源保护要求的提高，DSP 技在整个电路中，电压调节器是至关重要的一环，术在不久的将来会成为主流电源核心保护技术，也它将输出电压反馈信号与标准正弦波信号进行比就是说采用了 DPS 技术的 UPS 将成为主流产品。较，误差信号输入电压调节器，从而控制输出理想的从而进一步实现 UPS 智能化、自动化和网络化 5。二、本课题研究现状及趋势1、基于 DSP 的 UPS 逆变电源正朝着高频化、冗余并联化、数字化、绿色化和智能化的方向发展。(l)高频化随着半导体技术的迅猛发展,UPS 的功率开关器件经历了从可控硅,大功率场效应管,到 IGBT 的演变。开关器件的更新换代,使得器件转换时间不断缩短,器件承载的电流强度不断增加。IGBT 可以使切换速度达到 50kHz,从而实现了 UPS 电源的高频化。(2)冗余并联化UPS 的一个发展方向就是并联,多台 UPS 逆变电源并联运行给负载供电。UPS 逆变电源并联主要应用于小功率的 UPS 逆变电源和大功率用电设备。多台 UPS 并联工作,既可以随意配置 UPS 的总功率,也提高了系统的可靠性。即使有一台 UPS 机器发生故障,其他 UPS#同样可以保证负载的正常运作 6。(3)绿色化UPS 逆变电源除了为供电设备提供应急供电之外,也有效地改善了负载供电质量。输入端高效的滤波电路和输入功率因数校正电路,有效地抑制了电路本身的谐波信号,改善电网电力污染。(4)数字化DSP 技术的使用提高了 UPS 产品输出电压的稳定性和纯净程度，同时也提高了 UPS产品自身的可靠性。而 IGBT 技术和高频技术的应用，大大提高了电源效率，降低了系统噪音和电源自身的电力损耗，也提高了系统的可靠性。UPS 的数字化并不是简单的指在系统中应用了数字器件，如单片机及 FPGA 等，而是指整体个系统的控制应用数字器件的计算能力和离散控制方法来完成。随着硬件技术的发展，计算速度的提高，必然促使 UPS 向数字化方向发展。提高逆变器的开关频率，可以有效地减小装置的体积和重量，并可消除变压器和电感的变频噪音。同事改善了输出电压的动态响应能力 8 8。(5)智能化微处理器的广泛应用推动了 UPS 智能化的进程。将微处理器应用在 UPS 逆变电源中,为 UPS 提供了很多智能化的监控和检测,例如实时监控、故障处理、远程遥控等。这些智能化的理念更加丰富和完善了 UPS 的功能。总之，随着计算机技术不断的提高，DSP 产品的不断升级和完善，更加可靠、安全、稳定、小型化与完善的 UPS 产品将不断的开发出来 10 12 13。三、本论文的主要内容及安排本文拟采用 TI 高性能数字信号处理芯片 TMS320F2808 作为 UPS 逆变电源反馈控制处理器,使得逆变控制系统运算速度快,外围辅助电路少,算法控制精准,系统集成度高。本论文计划对 UPS 的整体结构进行分析，对其组成部分以及逆变控制模块进行实现,计划对 UPS 逆变控制系统进行硬件电路设计和软件设计。第一章 绪论简要介绍 UPS 的分类、发展趋势、项目研究的背景和意义,提出基于 DSP 的数字化UPS 逆变电源的控制方案。第二章 三相在线式 UPS 的系统结构介绍在线式 UPS 的基本组成部分,对其每个部分的功能和作用进行分析讨论。在此基础上研究在线式 UPS 的工作原理以及逆变控制过程中的关键技术。第三章 UPS 逆变电源控制系统的硬件设计对基于 DSP 的在线式 UPS 逆变控制系统的硬件电路进行设计,采用 TMS320F2808 作为主控芯片,利用其丰富的外围接口和高性能的 32 位运算能力,结合 EPM240T100C 做接口扩展和相位变换。详细介绍电源电路、时钟电路、SCI 通信电路、ADC 采样保护电路等单元电路模块,并在 Altium Designer 下完成了原理图设计和 PCB 电路板设计。第四章 UPS 逆变电源控制系统的软件设计从 UPS 软件的功能入手,把 UPS 逆变控制的软件系统分成初始化模块、软启动模块、第五章 系统调试输出波形控制模块、ADC 采样模块以及保护和监控模块。详细分析了各个模块的实现方法和功能,在 Code Composer Studio 和 QuartusII 环境下对 DSP 和 CPLD 进行编程。计划给出在开环和闭环工作模式下的系统输入输出的关键点波形,IGBT 驱动控制信号,可控硅驱动控制信号,软启动过程示意图等。拟证明,在本设计的基于 DSP 的 UPS 逆变电源的控制系统的协调下,UPS 整机正常工作,输出信号能精确地跟踪市电频率，保持相位一致，能够提高电网的质量。第六章 总结和展望参考文献：1 王娟娟.在线式 UPS 电源的数字化控制技术.华中科技大学硕士学位论文,2007年2 郁亮.单站无源定位跟踪技术研究.电子科技大学博士论文,2006 年 3 鲍兆伟.基于 DSP 的 UPS 监控系统的研究与设计.苏州大学硕士学位论文,2008年 11 月4 杜训新.基于 DSP 的全数字 UPS 电源D.武汉大学.2004 年5 秦娟英,池从伟.智能 UPS 控制技术研究J.通信电源技术.2004 年 02 期6 向建玲.基于 DSP 的 UPS 数字化控制技术研究D.南京航空航天大学.2003 年7 李晨晖,杨端,陈胜权.UPS 技术性能与发展趋势的探讨J.上海第二工业大学学报.2005 年 03 期8 康洪波,于江利,秦景,张哗.UPS 的工作原理和发展趋势分析.电源技术,2009年 7 月9 邹洁.基于 DSP 的在线是 UPS 电源研究.大庆石油学院硕士学位论文.2009 年 3月10 王兆安,黄俊.电力电子技术(第四版).机械工业出版社,2005 年 7 月11 陈坚.电力电子学)电力电子变换和控制技术(第二版).高等教育出版社,2004年 12 月.12 洪乃刚.电力电子技术基础.清华大学出版社,2008 年 1 月13 侯振义,王义明.UPS 电路分析与维修.科学出版社,2001 年 1 月出版14 鲍兆伟.基于 DSP 的 UPS 监控系统的研究与设计.苏州大学硕士学位论文,2008年 11 月15 徐德鸿,马皓,汪樵生.电力电子技术.科学出版社,2006 年 8 月16 Solter, W. A New International UPS Classification by IEC 62040-3.Telecommunication Energy Conference,2002 17 MAXII Device Handbook. Altera. August 2009 18 Digital Isolator Design Guide. Texas Instruments. Literature Number: SSLA284.January2009 19 An Overview of Designing Analog Interface with TMS320F28xx/28xxx DSC. Texas Instruments. Literature Number:SPRAAP6.May,2008 20 王大庆.基于 DSP 的在线式 UPS 数字化控制技术研究D.南京航空航天大学，2002 年21 杨成林.三项逆变器 DSP 控制技术的研究D.浙江大学，200422徐道飞.基于 DSP 的在线式 UPS 数字化控制技术D.浙江大学，200323周永鹏，王娟娟，陈源宝.UPS 电源逆变环节嵌入式重复控制系统的改进J.通信电源技术，2007,24（1）：30-3224高军,黎辉,杨旭,王兆安.UPS逆变器数字化控制技术J.电工技术,2001(12):7-9 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1. 本课题研究或解决的问题基于 DSP 的 UPS 逆变电源的控制系统的研究通过对 UPS 基本原理和各个模块的分析，完成基于 DSP 的 UPS 逆变电路的软硬件设计制作，在硬件电路方面，设计基于 DSP 为控制芯片的逆变控制电路，并采用 CPLD做端口扩展和相移。在软件开发方面，研究 UPS 实时控制软件的主要流程，产生用于生成标准正弦波的 SPWM 信号和可控硅控制信号，驱动 IGBT 逆变并控制可控硅整流。2. 本课题拟采用的研究手段对基于 DSP 的在线式 UPS 逆变控制系统的硬件电路进行设计,采用 TMS320F2808 作为主控芯片, 配合 EPM24OTIOOC 高性能 CPLD 做接口扩展和相位变换,利用其丰富的外围接口和高性能的 32 位运算能力,结合 EPM240T100C 做接口扩展和相位变换。详细介电路模块,并在 Altium Designer 下完成了原理图设计和 PCB 电路板设计。输出波形控制模块、ADC 采样模块以及保护和监控模块,详细分析了各个模块的实现方法和功能,在 Code Composer Studio 和 QuartusII 环境下对 DSP 和 CPLD 进行编程。实现UPS逆变电源控制系统的软启动功能，正确输出三相SPWM波和6脉冲可控硅整流控制信号，监控系统输入输出环节中的电压、电流、频率、逆变模