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精密交流电源中的数字控制分析

作者:时间:2012-09-05来源:网络收藏

频率码:K=fo*224/fclk(fo,fclk分别为D/A输出和计算机时钟的频率)每累加一次,将相位累加器的低8位舍去后作为相位地址传给下位机,下位机再依此地址在64k(216)EEPROM中取数送D/A输出。当相位累加器的第8位没有发生变化(进位加1),则仍保持上一次的地址值输出(相当于四舍五入),而下位机也仍然取同一地址中的值输出。通过四舍五入的办法用最近的点代替实际输出,精度上能符合要求,且大大简化了程序,并且用较小的存储空间实现了高精度的波形合成,将输出分辨率提高到fmin===0.0006Hz,比原来增加了250多倍。图4为波形合成的系统结构。

图4 DDS实 现 的 系 统 结 构

由上位机(CPU)根据工控机传送来的工作参数,按DDS原理进行计算,得到各点的相位地址,通过双口RAM送给下位机。同时将相应幅值通过D/A-Ⅱ输出作为下位机D/A-Ⅰ的参考电压。下位机(CPU)D/A-Ⅰ以一定的刷新频率(时钟频率)对各路进行查表,输出所需要的可调幅、调频、调相的正弦波形。正弦波数据被存在空间大小为32k的EEPROM中(实际存储1/2周期波形)。

2.4 提高精度的其它手段

1)利用电位器为DC/DC变换器提供参考信号,产生协调直流母线电压的信号。XICOR公司的X9241电位器具有四个非易失性数控电位器,利用I/O口模拟I2C总线,能十分方便地对主电路母线电压进行调节。目前本文实验的输出幅值(x)与电位器输出值(y)之间的关系为y=ax+b,输出的直流给定信号与输出成线性关系,使逆变级母线电压与输出值随时匹配,大幅压缩了输出级的开关纹波。输出偏置值b使得输出低电压、电流值时母线电压仍能保证输出级正常工作。

2)利用切换传感器采样电阻可以改变采样范围,对输出进行分级管理。通过8255扩展I/O口设置分档标志,将输出分成若干档。例如,三相可调电压源输出范围为2~100V,则根据精度要求分为两档,2~30V和30~100V。本系统幅度D/A分辨率为212,每档分辨率均可达到1/212,即调节细度最小能达到0.0005V。将单片机资源和硬件电路资源充分结合,大大提高了系统调幅精度。

3 实验结果

3.1 达到的技术指标

1)频率范围 0.2~400Hz,调节细度1‰;
2)相位范围 0°~360°,调节细度0.01°;

3)电压输出 3相,2~100V,调节细度1‰;

4)电流输出 3相,0.2~35A,调节细度1‰;

5)总畸变率 2%。

3.2 输出波形

设实验参数为:时钟频率fclk=10kHz,32k空间EEPROM存储半个正弦波点值。

两组实验波形如图5所示,图5(a)表示调幅、调相(相移90°)及调频(步进量为0.01Hz)波形,图5(b)表示不同频率输出波形。

a) 不 同 相 位 、 幅 度 、 频 率 波 形

b) 不 同 频 率 波 形

图 5 实 验 波 形

这些信号被成功地应用于1kWSPWM的电压源和电流源变换器。

4 结语

数控,利用DDS原理合成正弦波,并采取虚拟空间法,将时间上所面临的问题转化到内存空间上进行处理,只需选取一定的存储空间,就可以极大地提高AC的频率和移相精度;幅值由专门的D/A控制,使调节细度也得到了很大提高;母线电压的跟随调节与采样电压分级调节均有效地利用了软、硬件资源,使系统性能大有改善。由于采用了一系列新技术,使装置精度大大提高。

交流开关电源体积小,精度高,适用于电力系统继电保护电路的仪器、仪表的校验,具有很好的应用前景。


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