男女午夜激情_www.天堂av.com_亚洲综合小说区_亚洲欧美自拍视频_成年精品_久久www免费人成—看片_激情综合五月天_久久高潮视频_最新国产成人ab网站_国产精品卡一

摘要：為了將自抗擾控制算法應(yīng)用于有源電力濾波器，研究了基于DSll04控制板的并聯(lián)型有源電力濾波器  的硬件設(shè)計(jì)和控制算法實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。選定智能功率模塊(1PM)為有源電力濾波器的主電路之后，給出了系統(tǒng)硬件的總體結(jié)構(gòu)和布局。采用DSll04控制板，可以直接利用MATLAB／Simulink軟件，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的自抗擾控制框圖，并能將控制框圖自動(dòng)轉(zhuǎn)換成源代碼，下載到DSP中運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自抗擾控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了硬件實(shí)現(xiàn)方式的正確性，并且由于DSll04的卓越性能和友好的工作界面，可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、降低設(shè)計(jì)成本。

  關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理器；  有源電力濾波器；  MATLAB／Simulink

0  引言

    有源電力濾波器的的檢測(cè)控制系統(tǒng)有如下兩個(gè)特點(diǎn)：一是檢測(cè)處理的變量多，需要檢測(cè)系統(tǒng)三相電壓、系統(tǒng)電流或者負(fù)載電流，在電壓檢測(cè)方法中還需要檢測(cè)負(fù)載的電壓。為了實(shí)現(xiàn)良好的控制效果，有時(shí)還需要檢測(cè)逆變器的輸出電流。此外，為了控制直流側(cè)電壓，還需要檢測(cè)直流電容的電壓，以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；二是計(jì)算工作量大，在檢測(cè)控制過(guò)程中要進(jìn)行大量的乘法和除法運(yùn)算，尤其是對(duì)于復(fù)雜的控制算法，還需要有微分或積分運(yùn)算，需要對(duì)各項(xiàng)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行遞推存儲(chǔ)。這都需要處理器能有很快的計(jì)算速度，盡量減少計(jì)算時(shí)延，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)補(bǔ)償。

    數(shù)據(jù)信號(hào)處理器(DSP)從80年代初發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)經(jīng)歷了4代，發(fā)展速度極快。DSP是一種特別適合數(shù)字信號(hào)處理的微處理器，它的最大特點(diǎn)是速度快、精度高、穩(wěn)定性好，是為實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理和其它精密計(jì)算的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，并為這些應(yīng)用提供了如快速傅里葉變換、數(shù)字濾波、頻率合成及卷積等信號(hào)處理算法及其它良好的軟、硬件工具。以上這些優(yōu)點(diǎn)可以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)、快速地完成有源電力濾波器的控制和采樣計(jì)算的要求。

    本文基于dSPACE公司的DSll04R&D Con-trolBoard設(shè)計(jì)了一套簡(jiǎn)單實(shí)用的有源電力濾波器實(shí)驗(yàn)裝置，并在這套實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上驗(yàn)證了自抗擾控制器算法在APF中的應(yīng)用。

1  系統(tǒng)的總體構(gòu)成

    系統(tǒng)是一個(gè)三相三線(xiàn)系統(tǒng)，采用三相整流橋作為非線(xiàn)性負(fù)載，產(chǎn)生諧波。有源電力濾波器采用智能功率模塊(1PM)作為主電路。控制器采用dSPA-CE公司的DSll04R&DControlBoard的32位DSP進(jìn)行控制，通過(guò)DSP的PWM脈沖輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)主電路的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。在主電路與控制回路之間由光耦電氣隔離。系統(tǒng)利用HALL元件測(cè)量電源電流、負(fù)載電流、補(bǔ)償電流、電源電壓和直流側(cè)電壓的瞬時(shí)值，并輸入DSP的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC)。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
     系統(tǒng)主要由三相交流電源、電力電路、負(fù)載和控制器4個(gè)部分構(gòu)成。三相交流電源采用的是工頻50Hz電源，經(jīng)過(guò)三相交流調(diào)壓器給系統(tǒng)供電。負(fù)載由自制電感以及電阻負(fù)載構(gòu)成。控制器由PC和插在PCI槽的DSP構(gòu)成，通過(guò)A／D，I／0和PWM輸出與系統(tǒng)相聯(lián)。下面將會(huì)對(duì)電力電路板--這一實(shí)驗(yàn)裝置的主要部分進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，電力電路由三塊電路板和一個(gè)供電用的直流電源組成。負(fù)載電路板包括一個(gè)三相空氣開(kāi)關(guān)，用來(lái)開(kāi)斷系統(tǒng)與電源之間的聯(lián)接；6個(gè)二極管組成的三相整流橋，聯(lián)接到所帶的負(fù)載；另外還包括6個(gè)電流傳感器和2個(gè)電壓傳感器，分別用來(lái)測(cè)量電源電流、負(fù)載電流、補(bǔ)償電流、系統(tǒng)電壓和直流側(cè)電容電壓。供電用的直流電源有+5V、+15V和-15V輸出，其中土15V輸出為電流傳感器和電壓傳感器供電，+5V輸出通過(guò)4個(gè)DC-DC變換器變?yōu)?個(gè)獨(dú)立的+15 V直流電源，為PWM驅(qū)動(dòng)電路供電和光電耦合器供電(上3個(gè)橋臂必須使用3個(gè)獨(dú)立直流電源供電，3個(gè)橋臂由1個(gè)直流電源供電)。APF電路板回路中包括有 1個(gè)IPM模塊(上面安裝有散熱片)，其直流側(cè)連接有2個(gè)串聯(lián)的電解電容，交流側(cè)并聯(lián)在系統(tǒng)的母線(xiàn)上，作為諧波的通路；另有6個(gè)光電耦合器，起一次側(cè)和二次側(cè)的電氣隔離作用，將控制回路和主回路分開(kāi)。DSPI&O電路板與PC機(jī)內(nèi)部的DSP端口相聯(lián)接，將采樣的電流和電壓數(shù)值輸入到DSP，并將 PWM信號(hào)輸出到IPM的驅(qū)動(dòng)端口中。

    2  DSll04簡(jiǎn)介

    本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用的是由dSPACE~公司提供的專(zhuān)門(mén)進(jìn)行研發(fā)工作、能處理快速控制問(wèn)題的新型DSP，DSll04 R&D Control Board。它有基于PowerPC技術(shù)的主處理器和一整套的I／0口，能夠應(yīng)用于各種工業(yè)控制領(lǐng)域。對(duì)于工業(yè)控制和高校試驗(yàn)來(lái)說(shuō)， DSll04R&DControlBoard是一個(gè)性?xún)r(jià)比十分理想的裝置。另外它還提供全圖形化的界面和基于 Simulink／Stateflow的編程，能夠輕松實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法。它能夠安裝在任何一臺(tái)PC機(jī)的PCI槽中，具有很好的兼容性。它的技術(shù)參數(shù)主要有：

    1)需要5 V，2．5 A／-12 V，0．2 A／12 V，0．3 A電源和1個(gè)32位5V的PCI插槽，功耗為18．5W。
    2)主處理器采用MPC8240，PowerPC 630e芯片，計(jì)算主頻高達(dá)250MHz，64位浮點(diǎn)運(yùn)算，具有32k．的高速緩存。
    3)1個(gè)32位遞減計(jì)數(shù)的高速采樣時(shí)鐘，4個(gè)32位的通用時(shí)鐘，64位的計(jì)時(shí)器。
    4)32 MSDRAM，8 M閃存。
    5)有多種中斷方式，如計(jì)數(shù)器中斷、串口中斷、從DSP中斷、ADC中斷和4個(gè)外部輸入中斷等。
    6)多路復(fù)用的4個(gè)16位的ADC，輸入電壓范圍為±10 V，采樣時(shí)間可達(dá)2μs，>80 dB的信噪比：4個(gè)12位的ADC通道．輸入電壓范圍為±10V，采樣時(shí)間可達(dá)2ns，>65 dB的信噪比。
    7)8通道16位模擬輸出，輸出電壓范圍土10V。
    8)20位的數(shù)字I／O口，輸出電流±5 mA，一個(gè)串口輸出。
    9)從處理器(SlaveDSP)。采用德州儀器公司的TMS320F240芯片(16位浮點(diǎn)運(yùn)算，20MHz計(jì)算主頻)具有三相PWM輸出和4個(gè)單相 PWM輸出具有頻率測(cè)量(F／D)和發(fā)生(D／F)功能，14個(gè)數(shù)字I／0口(TYL))，輸出電流可為13 mA。
    DSll04的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示
 

3  基于MATLAB的控制算法實(shí)現(xiàn)與結(jié)果；

    dSPACE~公司提供的DS系列DSP的最大優(yōu)點(diǎn)在于它能與MATLAB中的Simulink有很好的接口。利用dSPACE的開(kāi)發(fā)程序 ControlDesk，可以將Simulink框圖直接譯成DSP執(zhí)行的目標(biāo)碼，是一個(gè)集成科學(xué)計(jì)算、數(shù)學(xué)計(jì)算、圖象處理和友好的可視化界面的高級(jí)編程語(yǔ)言，對(duì)于算法需要做頻繁修改的試驗(yàn)提供了極大的方便。

    根據(jù)文獻(xiàn)給出的算法，用MATLAB中的S-Function編寫(xiě)ADRC中的TD，ESO和NSLEF3個(gè)組成部分，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)該算法進(jìn)行驗(yàn)證。APF的ADRC控制系統(tǒng)的Simulink框圖如圖3所示，利用MATLAB中的RTW將該控制框圖轉(zhuǎn)為代碼，下載到DSll04中運(yùn)行，則可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制策略。

    為了保護(hù)系統(tǒng)安全運(yùn)行，在軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用軟件中斷對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)直流側(cè)電壓過(guò)高，超過(guò)上限(此處上限為800V)時(shí)，軟件保護(hù)動(dòng)作，將自動(dòng)切除系統(tǒng)的PWM輸出，達(dá)到保護(hù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的作用。
 
    實(shí)驗(yàn)結(jié)果由圖4給出。其中(a)為負(fù)載電流，是由裝置中的非線(xiàn)性負(fù)載部分--三相整流橋產(chǎn)生的，其中含有大量的諧波成分；(b)是經(jīng)過(guò)APF補(bǔ)償之后的系統(tǒng)電源電流；(c)為 APF的補(bǔ)償電流。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)非線(xiàn)性負(fù)載產(chǎn)生的諧波有很好的抑制作用，系統(tǒng)的電源電流基本是1個(gè)和電壓同相位的正弦波形，能夠同時(shí)達(dá)到諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償?shù)墓δ埽�與文獻(xiàn)中的理論分析和仿真結(jié)果相符合。
    ADRC算法可以解決一類(lèi)不確定性對(duì)象的控制問(wèn)題，具有很強(qiáng)的魯棒性和適應(yīng)性，但其內(nèi)部包含有復(fù)雜的非線(xiàn)性函數(shù)，其中的計(jì)算復(fù)雜。采用基于DSll04設(shè)計(jì)的控制器，能夠?qū)⑺惴�集成在MATLAB的Simulink中，應(yīng)用S-Function對(duì)其中的主要構(gòu)成部分進(jìn)行編程處理，能夠?qū)崿F(xiàn)控制算法的可視化，不需要對(duì)源代碼進(jìn)行修改，可以大大縮減裝置的開(kāi)發(fā)周期和難度。

4  結(jié)論

    本文介紹了基于DSP的有源電力濾波器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，詳細(xì)對(duì)系統(tǒng)的3個(gè)主要組成部分進(jìn)行了說(shuō)明，由于DSP給出的控制信號(hào)是數(shù)字式的，沒(méi)有模擬信號(hào)，故該系統(tǒng)是一個(gè)全數(shù)字控制系統(tǒng)。與普通的DSP相比；DSll04R&DControlBoard具有更高的運(yùn)算速度和更好的性能，能夠?qū)崿F(xiàn)象ADRC之類(lèi)的復(fù)雜算法。同時(shí)，在軟件實(shí)現(xiàn)上，DSll04具有與MATLAB／Simulink的接口，能夠自動(dòng)將Simulink的控制框圖生成 DSP使用的代碼，還具有對(duì)系統(tǒng)各種狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)功能和友好的圖形化界面，能夠只通過(guò)軟件的修改實(shí)現(xiàn)不同的控制策略。DSll04本身具有良好的性能價(jià)格比，無(wú)論在實(shí)際應(yīng)用和研究開(kāi)發(fā)中，都將會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。