在线式ups.doc
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在线式ups,摘要随着电力电子技术、信息技术及相关产业的飞速发展，不间断电源（ups）在我国国民经济的各行各业，尤其在计算机、银行、通信、医院等重要用电行业中起着决定性的作用。在众多ups中，在线式ups的性能最好，它可以在市电正常及故障情况下都能够为负载提供高质量、无间断的纯净正弦波交流电源。故本文主要研究在线式ups。本文研究了...
内容介绍
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摘 要
随着电力电子技术、信息技术及相关产业的飞速发展，不间断电源（UPS）在我国国民经济的各行各业，尤其在计算机、银行、通信、医院等重要用电行业中起着决定性的作用。在众多UPS中，在线式UPS的性能最好，它可以在市电正常及故障情况下都能够为负载提供高质量、无间断的纯净正弦波交流电源。故本文主要研究在线式UPS。
本文研究了一种基于DSP的在线式UPS，这是一种功能完备、性能优异的新型UPS。采用DSP控制芯片可以将先进的控制算法引入到UPS的控制系统中来，实现了UPS的全数字控制，提高了UPS的性能和精度。本文采用DSP/TMS320F2812作为UPS的主控芯片，满足了系统的高速、实时、高可靠性的要求。
本文首先详细介绍了整个在线式UPS的结构、工作原理，逆变系统拓扑结构及DSP的结构、控制的优越性。其次对UPS逆变系统的控制策略进行了深入研究，针对目前国内外几种常用的UPS逆变系统的控制方法进行分析比较，最终确定了采用一种模糊自适应PI双闭环的控制策略，对在线式UPS进行数字化控制，通过仿真实验验证，表明该控制方法提高了逆变器的性能。
本文对在线式UPS的软硬件设计进行了研究。根据在线式UPS的功能要求，设计了硬件电路，并给出了电路中参数的具体计算过程；根据功能要求设计了系统的各个功能模块的软件流程，给出了程序流程图。最后搭建UPS的硬件实验平台，实验结果表明系统的各项性能指标和功能均达到了预期的目标。
关键词 在线式UPS；逆变器；模糊自适应PI；DSP；双闭环
Abstract
With the development of power electronic technology, information technology and the related industries, uninterrupted power supply (UPS) play a key role in our national economy industry, especially in computers, banking, communication systems and medical systems. The capability of the on-line UPS is the best among all kinds of UPS. It can provide reliable and uninterrupted pure sine wave power supply for loads either power good or not, so this paper studies on-line UPS.
In this paper, the study of the on-line UPS is based on DSP, it will be a new type UPS, which has full-feature and good performances. Using DSP chip in UPS can apply advanced control strategies to power system and achieve full digital control of UPS, improve the performance and accuracy of UPS. Therefore, this paper use the DSP/TMS320F2812 as the main controller chip, this chip can meet the high-speed, real-time, high reliability requirements of system operation.
First of all, this paper details the on-line UPS structure, working principle, inverter system topology and the superiority of the DSP control. Followed，research the UPS inverter system control strategy, analysis and comparison several commonly used digital-control programs of inverter power supply system at home and abroad, finalized using a fuzzy adaptive PI double-loop control strategy to control the UPS. Simulation results verify that the control method improve the performance of the inverter power supply system.
This article studies the hardware and software design of on-line UPS. According to functions of UPS, this article designs the hardware circuits of the system and calculates the circuit’s specific parameters; designing various functional modules of the software process and giving process flow diagram. Finally, a UPS hardware experiment platform has been built, the experimental results show that the performance indicators and functions of the system have achieved the desired goal.
Keywords on-line UPS; inverter; Fuzzy adaptive PI; DSP; double-loop
目 录
摘要 I
Abstract III
第1章 绪论 1
1.1 UPS概述 1
1.2 UPS的发展 3
1.3 基于DSP控制的在线式UPS的优越性 4
1.4 课题研究的内容与方法 5
第2章 在线式UPS原理 6
2.1 在线式UPS结构 6
2.2 在线式UPS工作原理 8
2.3 UPS逆变系统的拓扑结构 8
2.4 控制芯片简介 10
2.4.1 控制芯片的选择 10
2.4.2 TMS320F2812简介 11
2.5 SPWM控制技术 12
2.5.1 SPWM控制的基本原理 12
2.5.2 SPWM调制方式 13
2.6 UPS数字控制策略综述 15
第3章 在线式UPS的控制算法及仿真 18
3.1 PID控制算法 18
3.2 模糊控制 20
3.3 模糊自适应PI双闭环控制器的设计 22
3.3.1 模糊自适应PI控制器的设计 23
3.3.2 控制器的设计 25
3.4 UPS逆变器仿真 26
3.5 有源功率因数校正电路仿真 28
3.6 DC/DC变换器仿真 29
3.7本章小结 30
第4章 在线式UPS硬件设计 31
4.1 主电路 31
4.1.1 有源功率因数校正（APFC）电路 31
4.1.2 单相全桥逆变电路 33
4.1.3 DC/DC变换器 36
4.1.4 蓄电池组及其充电电路 39
4.1.5 静态转换开关 41
4.2 驱动电路 42
4.2.1 IGBT器件对驱动电路的要求 42
4.2.2 驱动电路的设计 42
4.3 采样电路的设计 43
4.4 保护电路设计 44
4.5 本章小结 45
第5章 在线式UPS软件设计 46
5.1 软件开发环境介绍 46
5.2 系统软件设计 46
5.2.1 主程序设计 46
5.2.2 初始化程序设计 47
5.2.3 A/D采样模块设计 48
5.2.4 定时器T2中断程序设计 48
5.2.5 PID控制器的设计 49
5.2.6 保护程序设计 50
5.3 本章小结 50
第6章 实验结果 51
6.1 硬件平台和实验结果 51
6.1.1 硬件平台 51
6.1.2 实验结果 52
6.2 本章小结 54
总结 55
参考文献 57
随着电力电子技术、信息技术及相关产业的飞速发展，不间断电源（UPS）在我国国民经济的各行各业，尤其在计算机、银行、通信、医院等重要用电行业中起着决定性的作用。在众多UPS中，在线式UPS的性能最好，它可以在市电正常及故障情况下都能够为负载提供高质量、无间断的纯净正弦波交流电源。故本文主要研究在线式UPS。
本文研究了一种基于DSP的在线式UPS，这是一种功能完备、性能优异的新型UPS。采用DSP控制芯片可以将先进的控制算法引入到UPS的控制系统中来，实现了UPS的全数字控制，提高了UPS的性能和精度。本文采用DSP/TMS320F2812作为UPS的主控芯片，满足了系统的高速、实时、高可靠性的要求。
本文首先详细介绍了整个在线式UPS的结构、工作原理，逆变系统拓扑结构及DSP的结构、控制的优越性。其次对UPS逆变系统的控制策略进行了深入研究，针对目前国内外几种常用的UPS逆变系统的控制方法进行分析比较，最终确定了采用一种模糊自适应PI双闭环的控制策略，对在线式UPS进行数字化控制，通过仿真实验验证，表明该控制方法提高了逆变器的性能。
本文对在线式UPS的软硬件设计进行了研究。根据在线式UPS的功能要求，设计了硬件电路，并给出了电路中参数的具体计算过程；根据功能要求设计了系统的各个功能模块的软件流程，给出了程序流程图。最后搭建UPS的硬件实验平台，实验结果表明系统的各项性能指标和功能均达到了预期的目标。
关键词 在线式UPS；逆变器；模糊自适应PI；DSP；双闭环
Abstract
With the development of power electronic technology, information technology and the related industries, uninterrupted power supply (UPS) play a key role in our national economy industry, especially in computers, banking, communication systems and medical systems. The capability of the on-line UPS is the best among all kinds of UPS. It can provide reliable and uninterrupted pure sine wave power supply for loads either power good or not, so this paper studies on-line UPS.
In this paper, the study of the on-line UPS is based on DSP, it will be a new type UPS, which has full-feature and good performances. Using DSP chip in UPS can apply advanced control strategies to power system and achieve full digital control of UPS, improve the performance and accuracy of UPS. Therefore, this paper use the DSP/TMS320F2812 as the main controller chip, this chip can meet the high-speed, real-time, high reliability requirements of system operation.
First of all, this paper details the on-line UPS structure, working principle, inverter system topology and the superiority of the DSP control. Followed，research the UPS inverter system control strategy, analysis and comparison several commonly used digital-control programs of inverter power supply system at home and abroad, finalized using a fuzzy adaptive PI double-loop control strategy to control the UPS. Simulation results verify that the control method improve the performance of the inverter power supply system.
This article studies the hardware and software design of on-line UPS. According to functions of UPS, this article designs the hardware circuits of the system and calculates the circuit’s specific parameters; designing various functional modules of the software process and giving process flow diagram. Finally, a UPS hardware experiment platform has been built, the experimental results show that the performance indicators and functions of the system have achieved the desired goal.
Keywords on-line UPS; inverter; Fuzzy adaptive PI; DSP; double-loop
目 录
摘要 I
Abstract III
第1章 绪论 1
1.1 UPS概述 1
1.2 UPS的发展 3
1.3 基于DSP控制的在线式UPS的优越性 4
1.4 课题研究的内容与方法 5
第2章 在线式UPS原理 6
2.1 在线式UPS结构 6
2.2 在线式UPS工作原理 8
2.3 UPS逆变系统的拓扑结构 8
2.4 控制芯片简介 10
2.4.1 控制芯片的选择 10
2.4.2 TMS320F2812简介 11
2.5 SPWM控制技术 12
2.5.1 SPWM控制的基本原理 12
2.5.2 SPWM调制方式 13
2.6 UPS数字控制策略综述 15
第3章 在线式UPS的控制算法及仿真 18
3.1 PID控制算法 18
3.2 模糊控制 20
3.3 模糊自适应PI双闭环控制器的设计 22
3.3.1 模糊自适应PI控制器的设计 23
3.3.2 控制器的设计 25
3.4 UPS逆变器仿真 26
3.5 有源功率因数校正电路仿真 28
3.6 DC/DC变换器仿真 29
3.7本章小结 30
第4章 在线式UPS硬件设计 31
4.1 主电路 31
4.1.1 有源功率因数校正（APFC）电路 31
4.1.2 单相全桥逆变电路 33
4.1.3 DC/DC变换器 36
4.1.4 蓄电池组及其充电电路 39
4.1.5 静态转换开关 41
4.2 驱动电路 42
4.2.1 IGBT器件对驱动电路的要求 42
4.2.2 驱动电路的设计 42
4.3 采样电路的设计 43
4.4 保护电路设计 44
4.5 本章小结 45
第5章 在线式UPS软件设计 46
5.1 软件开发环境介绍 46
5.2 系统软件设计 46
5.2.1 主程序设计 46
5.2.2 初始化程序设计 47
5.2.3 A/D采样模块设计 48
5.2.4 定时器T2中断程序设计 48
5.2.5 PID控制器的设计 49
5.2.6 保护程序设计 50
5.3 本章小结 50
第6章 实验结果 51
6.1 硬件平台和实验结果 51
6.1.1 硬件平台 51
6.1.2 实验结果 52
6.2 本章小结 54
总结 55
参考文献 57
