ups逆變器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

1、青 島 大 學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開(kāi)題報(bào)告 題 目：UPS逆變器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院: 自動(dòng)化工程學(xué)院 專 業(yè): 電氣工程及其自動(dòng)化 姓 名: 張隆 指導(dǎo)教師: 王忻 2014年 3 月 13 日1 課題研究意義隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,供電網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載越來(lái)越復(fù)雜,特別是大型用電負(fù)載的啟動(dòng)和停止,大型可控電力電子設(shè)備的應(yīng)用以及網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲會(huì)使交流正弦波發(fā)生畸變。另外,自然界的雷電,電網(wǎng)的接地不良等因素均影響到電網(wǎng)的供電質(zhì)量。由于以上因素的影響,可能會(huì)導(dǎo)致接在電網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)設(shè)備,包括通信、醫(yī)療等精密的工業(yè)儀器設(shè)備發(fā)生失控、丟失數(shù)據(jù)、停機(jī)、損壞等嚴(yán)重后果,直接影響到用戶的正常工作,造成經(jīng)濟(jì)損失或其他嚴(yán)重事故。

2、如何解決這些市電問(wèn)題,正是UPS(Uninterruptible Power System)不間斷電源的責(zé)任。所以以單片機(jī)為控制核心的UPS電源可以為各種設(shè)備機(jī)器提供高質(zhì)量的電源。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域?qū)﹄娫吹目煽啃?，質(zhì)量等有著越來(lái)越高的要求，一套好的UPS系統(tǒng)可以提高運(yùn)行的穩(wěn)定性，隨著單片機(jī)的應(yīng)用，UPS已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化和智能化。同時(shí)，電力電子器件的飛速發(fā)展也為主功率部分的簡(jiǎn)化以及先進(jìn)控制策略的應(yīng)用提供了必要條件。IGBT作為MOSFET和GTR的復(fù)合器件已廣泛地應(yīng)用到逆變器中。它有MOSFET的工作速度快、輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、熱溫度性好的優(yōu)點(diǎn)，又有GTR的載流量大、阻

3、斷電壓高等優(yōu)點(diǎn)。因此，以IGBT為代表組成的逆變器，以單片機(jī)為控制核心的UPS電源已普遍應(yīng)用于我國(guó)的各行各業(yè)，本課題就是以此展開(kāi)研究和設(shè)計(jì)的。2 發(fā)展前景隨著電子器件的發(fā)展，使UPS向小型化、高效率、高可靠性發(fā)展。而網(wǎng)絡(luò)智能化UPS技術(shù)和全數(shù)字化UPS技術(shù)的出現(xiàn)，不僅提供完全可靠的網(wǎng)絡(luò)電源管理，也為節(jié)能、環(huán)保提供了一種最佳的解決方案。所以UPS電源技術(shù)總的發(fā)展趨勢(shì)是逐步向小型網(wǎng)絡(luò)智能化和全數(shù)字方向發(fā)展。隨著科學(xué)的進(jìn)步，UPS電源技術(shù)在不久的將來(lái)會(huì)開(kāi)辟一個(gè)更新的領(lǐng)域。高頻化：雖然傳統(tǒng)在線式UPS的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，由于它本身帶有許多無(wú)法突破的問(wèn)題，使其發(fā)展前途受限。高頻化概念的引入，給UPS的發(fā)

4、展帶來(lái)了許多新的思路和空間。隨著高頻技術(shù)和器件的發(fā)展，3KV及以下的高頻在線式UPS的技術(shù)和產(chǎn)品已經(jīng)成熟，其功能和可靠性均應(yīng)高于傳統(tǒng)UPS。高頻化對(duì)于減小體積、降低成本以及對(duì)非線性負(fù)載有更好的響應(yīng)上起著重要的作用。智能化：微處理器在UPS上的應(yīng)用，過(guò)去只在大、中型UPS上采用，但近年來(lái)已逐漸向小型、微型UPS方面發(fā)展，其帶來(lái)的結(jié)果是UPS的智能化發(fā)展，包括控制、檢測(cè)和通信。UPS逐漸由計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行管理，并且計(jì)算機(jī)及外設(shè)能“自主”應(yīng)付一些可能預(yù)見(jiàn)到的問(wèn)題，能進(jìn)行自動(dòng)管理和調(diào)整，如自動(dòng)關(guān)閉宿主計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)并關(guān)閉其電源，定時(shí)開(kāi)關(guān)UPS本身等，并能將有關(guān)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞給操作系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)管理員，便于

5、進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。網(wǎng)絡(luò)化：把UPS做為網(wǎng)絡(luò)家庭一個(gè)成員的要求越來(lái)越迫切，因?yàn)樗蔷W(wǎng)絡(luò)能正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。要求UPS擁有更大的蓄電量、可以同時(shí)為多臺(tái)計(jì)算機(jī)或其它外設(shè)服務(wù)，并能夠通過(guò)某種機(jī)制達(dá)成負(fù)載之間的動(dòng)態(tài)配置。大容量單機(jī)冗余化：由于網(wǎng)絡(luò)對(duì)UPS可靠性的要求越來(lái)越高，而解決可靠性的途徑除要求元器件本身高可靠外，就是用冗余的方法。小容量UPS的單機(jī)內(nèi)冗余已出現(xiàn)。而大容量的UPS目前還必須通過(guò)并機(jī)的方法實(shí)現(xiàn)，但這樣作又使用戶投資太大。毫無(wú)疑問(wèn)，使用Internet技術(shù)監(jiān)控UPS系統(tǒng)將成為未來(lái)UPS技術(shù)的主流之一。3 各種方案的比較和課題所選用的方案（1）預(yù)測(cè)控制：預(yù)測(cè)控制從七十年代中期提出至今，一直是控制

6、界的一個(gè)研究熱點(diǎn)，不斷發(fā)展，先后出現(xiàn)了模型算法控制(MAC)、動(dòng)態(tài)矩陣控制(DMC)和廣義預(yù)測(cè)控制(GPC)等幾十種，且在實(shí)際復(fù)雜工業(yè)過(guò)程控制中得到了成功應(yīng)用。對(duì)于大滯后的被控過(guò)程，預(yù)測(cè)控制是一種非常有效的控制方法，因?yàn)轭A(yù)測(cè)控制不是根據(jù)被調(diào)量的當(dāng)時(shí)值進(jìn)行控制的，而是根據(jù)被調(diào)量在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的預(yù)測(cè)值進(jìn)行控制的，因此，控制作用可以提前一段時(shí)間動(dòng)作，這對(duì)大滯后被控過(guò)程的控制是至關(guān)重要的。由于各類預(yù)測(cè)控制方法在預(yù)測(cè)模型假定或設(shè)計(jì)思想上存在某些差異，從而使相應(yīng)的控制律各有不同的特點(diǎn)，但其主要思想仍是相似的，對(duì)于一個(gè)SISO系統(tǒng)可用圖1來(lái)簡(jiǎn)單說(shuō)明，其控制決策描述如下:1)在“當(dāng)前”t時(shí)刻對(duì)過(guò)程的未來(lái)輸出

7、進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)值取決于過(guò)程t時(shí)刻的已知信息、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型以及所假定的未來(lái)控制序列v(t), v(t+1), , v(t+Nu-1)；2)在所假設(shè)的不同的未來(lái)控制作用中，選擇“最優(yōu)”控制序列，使過(guò)程的輸出預(yù)測(cè)值以“最好”的方式逼近參考軌跡yr。最優(yōu)逼近可定義為使某一特定的目標(biāo)函數(shù)最小。對(duì)輸出誤差和控制增量加權(quán)的二次型性能指標(biāo)(1)是目前采用最多的目標(biāo)函數(shù)。 (1.1)3)將“最優(yōu)”控制序列中t時(shí)刻的控制信號(hào)作用于實(shí)際過(guò)程。在下一個(gè)采樣時(shí)刻重復(fù)進(jìn)行上面的計(jì)算步驟?？梢詫?shí)現(xiàn)很小的電流畸變，抗噪音能力強(qiáng)。但是這種算法要求知道精確的附在模型和電流參數(shù)，而且有數(shù)值計(jì)算造成的延時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中也是一個(gè)問(wèn)題。（

8、2）滯環(huán)控制：也叫做bang-bang控制或紋波調(diào)節(jié)器控制，即將輸出電壓維持在內(nèi)部參考電壓為中心的滯環(huán)寬度內(nèi)。具有快速的響應(yīng)速度，較高的穩(wěn)定性。但是，滯環(huán)控制的開(kāi)關(guān)頻率不穩(wěn)定，使電路工作可靠性下降，輸出電壓的頻譜變差，對(duì)系統(tǒng)性能不利。（3）數(shù)字PID控制：就是把現(xiàn)場(chǎng)的控制變量的模擬信號(hào)和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)受控變量的輸出信號(hào)均轉(zhuǎn)換成了數(shù)字信號(hào)，PID的實(shí)現(xiàn)也是通過(guò)數(shù)字信號(hào)的設(shè)定來(lái)完成的?，F(xiàn)在大多在DCS、PLC系統(tǒng)內(nèi)完成的。隨著處理器芯片的運(yùn)算速度不斷提升，更多的PID采用數(shù)字控制。可以方便的調(diào)整PID參數(shù)，具有很大的靈活性和很強(qiáng)的適應(yīng)性。PID算法簡(jiǎn)單明了，控制過(guò)程快速，準(zhǔn)確，平穩(wěn)。本課題設(shè)計(jì)方案為：基于

9、單片機(jī)控制的全數(shù)字UPS逆變器。它大大改善了產(chǎn)品的一致性，增加了控制的柔性，提高了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。4 課題擬采用的方案和技術(shù)路線本課題設(shè)計(jì)方案為：基于單片機(jī)的在線式UPS逆變器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)擬采用的技術(shù)路線：（1）使用IGBT作為功率器件，設(shè)計(jì)三相逆變電路；（2）以AT89C51單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)控制電路來(lái)控制三相PWM波產(chǎn)生控制信號(hào)；（3）用AT89C51單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)UPS電源的過(guò)電壓、過(guò)電流等監(jiān)測(cè)；（4）設(shè)計(jì)的UPS電源能提供較好的交流電源，其輸出電源電壓：220V/AC，頻率：50Hz5 各階段時(shí)間安排第1至2周 搜集資料,撰寫開(kāi)題報(bào)告第3至4周 主電路設(shè)計(jì)第5至6周 控制電路設(shè)計(jì)第7至8周 軟件設(shè)計(jì)第9至10周 仿真調(diào)試第11至12周 撰寫論文第13至14周 修改論文，準(zhǔn)備答辯參考文獻(xiàn)：1 王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，20002 李成章.中小型UPS不間斷電源及直流穩(wěn)壓電源M.北京：電子工業(yè)出版社，19903 張廣明.UPS技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與應(yīng)用中的問(wèn)題J.UPS應(yīng)用，20