基于DSP的并网逆变器的设计(2)

　　2.2 基于PI的闭环控制 

　　连续控制系统比例积分调节器（PI）控制规律为[3]： 

　　[u（t）=KPe（t）+1TI0te（t）dt+u0] （1） 

　　式中，u（t）为输出控制量；e（t）为偏差；KP为比例系数；TI为积分时间常数；u0为系统初始值。 

　　图5 PLL锁相逆变电流频率和相位的调整 

　　图6 电压过零TTL 

　　图7 逆变电流跟随电网电压 

　　分析逆变器输出级电路，取电网电流为状态变量，有： 

　　[LdIodt=Uac-Unet-IoRL] （2） 

　　将式（2）做拉氏变换： 

　　[Io（s）=GL（s）[Uac（s）-Unet（s）]] （3） 

　　式中GL（s）为滤波器传递函数。将逆变器等效为一个小惯性环节，则逆变器的传递函数为[5?6]： 

　　[GPWM（s）=KPWMTPWMs+1] （4） 

　　式中，TPWM为小时间常数，可取三角载波的周期；KPWM为逆变器增益，取输入直流电压值与三角载波峰值的比，则逆变器采用PI电流闭环控制系统的模型如图8所示。 

　　图8 逆变输出电流闭环控制系统数学模型 

　　为了实现系统的无静差跟踪，用二阶最佳工程设计法对PI调节器的参数进行整定，二阶品质最佳系统的开环传递函数为[3]： 

　　[Φo（s）=12T2s1+122T2s] （5） 

　　由图8可知逆变系统的开环传递函数为： 

　　[G（s）=GPI（s）GPWM（s）GL（s）] （6） 

　　其中GPI（s）为PI的传递函数，其一般形式为： 

　　[GPI（s）=KPs+KIs] （7） 

　　结合式（6）、式（7）并近似取[KPKI=LRL，]电流闭环控制系统的开环传递函数为： 

　　[G（s）=1RLsKIKPWM（TPWMs+1）] （8） 

　　比照[Φo（s）]的相关系数，最终求得PI传递函数的参数： 

　　[KI=RL2KPWMTPWM， KP=L2KPWMTPWM] （9） 

　　DSP（TMS320LF2407A）集成16路10位高精度A/D转换器，可方便地把外部模拟信号转化为数字信号。由于DSP的ADCIN能接收的电压范围为0～3.3 V，为此传感器采集到的正弦信号需要调整，设计的硬件调整电路如图9所示，调节R3，使传感器的输入信号经放大器U1A缩放成幅值为±5 V的电压信号，并经U1B放大器上-5 V参考电压偏压、缩放后，在ADCIN输出0～3.3 V的电压信号。

　　图9 信号采集与调理电路 

　　软件设置计数器周期中断启动ADC，并在外设中断寄存器中取出采样值，DSP根据采样值进行PI运算，软件流程图如10所示。 

　　图10 增量式PI控制流程图 

　　建立图11所示的Simulink仿真模型，将参数KP，KI写入Simulink的PI控制器，在Scope中观测逆变电压、电网电压、逆变电流和参考电流，仿真波形如图12所示。 

　　图11 电子负载馈能控制Simulink模型 

　　可以看出当参考电流增大时，逆变器输出的电流相应增大，逆变输出电流的调整过程较平滑，即在PI闭环控制下，参考电流的调整没有给逆变器的输出电流造成冲击，系统稳定性较好。 

　　图12 Simulink仿真波形 

　　3 结 语 

　　本文简述了逆变器的工作原理以及并网逆变器的主要控制技术，并设计了基于DSP LF2407A为控制核心的并网型逆变器，逆变控制采用SPWM方案。并网控制方面主要采用软件锁相技术和PI闭环控制。利用DSP的CAP外设，设计出快速可靠的逆变电流跟随电网电压的软件锁相环，并在数字示波器上实时观测锁相的动态过程；利用DSP的ADC外设，实现对电网电压、逆变输出电流的数据采集，为系统的PI闭环控制做准备。文中推导了增量式PI控制PI系数的推导，并建立仿真模型，观测在逆变电流逐渐变大时逆变电流的稳定性。 

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