三相正弦变频电源的软件设计论文 - 图文(6)

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重要。

要计算输出电压和电流的有效值，首先要将反馈电压和电流等模拟量转换成适合单片机处理的数字量，即对反馈电压和电流进行A/D转换。XC164内部的A/D转换主要由T3计时器完成，其初始化设置如下：

GPT12E_T3CON=0x0000; //T3向上计数，fT3?GPT12E_T2CON=0x1027; //T3OTL触发

fGPT8

GPT12E_T2=0xffff-(5000000/(frequency*SMOUNT)); //一个输出周期内产生20个中断 GPT12E_T3=GPT12E_T2;

GPT12E_T3IC=0x0147; //使能T3中断，中断级别为8 GPT12E_T3CON_T3R=1; //T3开始计时

其中，SMOUNT为20的宏定义，T2为T3的辅助计时器。T3从5000000/(frequency*20)开始计数，当计数到65535（0xffff）时，产生溢出，T3OTL触发使T2把0xffff-(5000000/(frequency*20))赋给T3，T3重新开始从5000000/(frequency*20)计数，如此反复。

T3

的计数频率fT3?fGPT8?40MHz?5MHz，而

8T3每计数

5000000/(frequency*20)就产生一个中断，即T3中断的频率为输出频率的20倍，亦即一个输出周期内产生20个T3中断，这样就可以在一个周期内采样20个点。 T3中断一次，对三相电压和三相电流各采样一个点，由于三相电压和电流的A/D转换程序除了通道不同之外基本一样，所以下面只写出U相电压的A/D转换：

ADC_CTR0&=0xfff0; //选择增强型模式 ADC_CTR0|=VUCH; //选择U相电压通道

ADC_CTR0_ADST=1; //开始A/D转换

Delay4us(); //调用延迟子程序，大约延迟4us vus[scount]=(ADC_DAT>>2)&0x03ff; //将A/D转换结果放入数组

其中，VUCH是U相电压通道地址的宏定义。在增强型模式下，A/D转换的精度为10位，模数转换结果存放在寄存器ADRES的第2至第11位（ADC-DAT），因此A/D转换结果在存入相应的数组前必须先右移两位；另外，增强模式下A/D转换的最大时间为2.55us，为保证A/D转换的正确性，在从ADC-DAT取值前必须有大于2.55us的延迟时间，因此我们调用了一个大约4us的延迟子程序。 A/D转换后的三相电压和电流分别存放在数组vus[20]、vvs[20]、vws[20]、ius[20]、ivs[20]和iws[20]中。三相纯阻性负载星型连接，所以线电流即等于相

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电流，而线电压和相电压并不相等。由于电压反馈电路反馈回的电压为相电压，所以在进行有效值计算前，根据线电压的含义，我们对任意两个相电压数组求差，将差值存入另一个数组，则该数组中的值即为线电压。

线电压和电流有效值的计算可以由其均方根近似，具体公式如下：

U有效?120120i?20?Uii?20i （4.1）

I有效??Iii （4.2）

当然采样的点数越多，计算的电压和电流的均方根值越接近其有效值，但是，相应的A/D转换总次数也增加，会占用相当可观的执行时间；采用点数减小，虽然A/D转换的总时间减少，但由此计算的均方根值与有效值之间的偏差势必增大，因此，采用点数必须折中选取。该变频电源系统的采用点数定为20，根据实验，这样选取完全满足课题要求。 4.2.5 PID控制

PID控制属于闭环控制，是指将被控量的检测信号反馈，并与被控量的目标信号相比较，以判断是否已经达到预定的控制目标。如果尚未达到，则根据两者的差值进行调整，直到达到预定的控制目标为止。

PID控制分为比例控制（Proportional Control），积分控制（Integral Control）和微分控制（Differential Control）。从系统框图可以看出，稳压环节属于闭环控制系统，为了提高系统整体的性能，该系统采用了工程中常用的PID控制中的PI控制，具体地说，是增量式PI控制。采用增量PI既有利于加快系统的控制过程，又便于对系统进行实时控制，同时也提高了系统的可靠性。 其中，比例控制能迅速反映误差，从而减小误差，但是不能消除静态误差；为了消除静态误差，我们还必须采用积分控制，但是积分作用太强会使系统超调量过大，甚至出现振荡，因此积分常数的选取一定不能过大。

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PID增量型控制算法流程如图4.6：

高线计算q0,q1,q2置

e（k-1）=e(k-2)=0

e(k-2)=e(k-1) e(k-2)=e(k) 将△u（k）输出给D/A D/A 将A/D结果赋给y(k) A/D 求e(k)=r(k)-y(k) 计算控制增量△u（k） 被控对象

N 采样时刻到 否？

Y

图4.6 PID增量型控制算法流程如图

PID参数选择：

以下是利用Matalb里的Simulink部件，构建的一个PID反馈控制方框图（如图4.7所示）,其中比例常数Kp=20，积分常数Ki=5，微分常数Kd=0（PI控制）。输入正弦波与反馈一起经过PID控制模块，由硬件部分的PID仿真可知，即比例常数为20，积分常数为5的PI控制可以的到较好的稳幅效果。

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图4.7 PID反馈控制方框图

其中，LC低通滤波器的传递函数的推导过程如下：

X(s)1Ls2Y(s)1/Cs

0

图4.8 LC低通滤波器的s域表示

图3.2.2为s域下LC低通滤波器的示意图，其中电感值为3mH,电容值为2uF（两个1uF的电容并联），该滤波器的传递函数为：

1H(s)?Y(s)X(s)?Cs1Cs?Ls?1LCs2?1?16?10?9s?12 （4.3）

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图4.9 积分常数为5时Scope窗口输出的波形

当PI控制中的积分常数在5附近取时，Scope窗口的输出波形和图4.9差不多。 但是，当比例常数不变，积分常数增大到10时，由Scope窗口可以看出，PI控制将有产生震荡的趋势。如图4.10所示：

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