数字化在线式ups的研究和开发

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1、摘要随着高性能DSP控制器的出现，UPS的数字化控制成为发展的趋势与方向。从技术角度来说，DSP技术的应用可以提高UPS产品输出电压的稳定性、纯净程度和自身的可靠性，同时能改善系统的动稳态等性能，产品生产便于标准化和优化升级。本文顺应UPS当前的发展趋势，采用TMS320LF2407A做为系统的核心控制芯片，研究和开发数字化的在线式单相不间断电源UPS，主要完成了以下工作：以单相在线式UPS功率电路的拓扑结构为基础，首先简要地分析了系统主电路三个组成部分（输入APFC环节、电池DC/DC升压环节和逆变环节）的功

2、能和数学模型。然后根据不同的研究需要，利用Matlab软件和Synopsys公司的SaberDesigner软件，构建了系统主电路的仿真研究平台。其中，在SaberDesigner平台建模时考虑了PWM信号的产生、封锁、死区效应及控制，为UPS系统的控制研究奠定了理论与仿真的基础。设计了主电路重要的元器件参数，其中输入侧的升压滤波电感一直是UPS电路设计的一个难点，本文根据系统所能提供的最大功率和运行中的最大电流脉动量，分析了单位开关周期内电流变化与电感之间的规律，提出了一种基于系统额定功率和抑制电流脉动的新的

3、输入电感设计方法。分析了UPS系统各环节的普通PI双闭环控制方法，为了改善系统的动稳态特性，本文提出了多种智能控制算法，将之分别引入到UPS各环节的控制：（1）带死区的变速PID控制引入到输入APFC环节的电压环控制；（2）将预测控制引入到电池升压环节的电流环控制；（3）将带参数自调整的模糊PI逻辑控制与重复控制相结合的复合智能控制引入到逆变环节的控制。在SaberDesigner中已构建的UPS主电路仿真平台的基础上，结合UPS各环节的控制方案，构建了系统完整的控制仿真实验平台，分别从单个环节和系统的角度验证

4、各普通和优化控制算法，对系统的输入/输出特性进行了详细的波形、频谱分析和比较。系统控制仿真实验平台中所有的控制器均采用MAST语言编写数字离散程I序后封装成独立的控制模块，实现了真正意义上的UPS数字离散化系统仿真。基于系统功率守恒定律，分析和推导了一种输入电流和直流侧电压重构，仅需检测输入电压实现UPS输入APFC环节控制的新方案。此新方法不需要改变现有主电路的拓扑结构，实现简单，不涉及繁琐的积分与微分计算，经过调节，即使在电路参数变化的情况下，最终仍能实现UPS各个环节的控制，系统的动稳态特性良好。根据UP

5、S主电路的拓扑结构，结合TMS320LF2407A的DSP芯片特点，从系统控制的角度，给出了数字化UPS控制电路的硬件结构、软件时序安排与软件流程，讨论了系统的死区效应、死区控制与补偿技术。针对改善数字化UPS的控制性能，从应用的角度讨论和分析了若干在研究过程中容易出现的问题，并给出了相应的解决方法。其中，UPS输入电压的状态实时检测并完成瞬时切换是UPS能否真正实现不间断运行的前提和关键，本文在现有的检测方法的基础上进行了有效地改进，优化设计了一种新的检测输入电压状态的方法和实现电路，能够快速、实时监测、判断

6、其状态。搭建了单相UPS的物理实验平台。在该实验平台上，完成了UPS的输入APFC环节、电池DC/DC升压环节、DC/AC逆变环节的控制实验，并对实验结果进行了波形分析和频谱分析，验证了论文中数字化UPS的基本原理和控制方案。关键词：不间断电源数字控制系统建模电感设计优化控制模型重构电压检测IIAbstractDigitalcontrolofUPSbecomesatrendanddirectioninitsdevelopmentwiththeappearanceofhighperformanceDSPcontr

7、oller.TheapplicationofDSPtechnologycanupgradethestabilityandthepurityoftheUPS`soutputvoltage,improvetheperformanceofthedynamicandthesteadyresponse,alsomaketheproductseasilystandardizedandupgraded.ThedissertationfocusedontheresearchofthedigitalonlineUPSinwhic

8、hTMS320LF2407Awasconsideredasthecorechip.Thecompletedworkare:Basedonthepointofthetopologyofthemaincircuit,thedissertationanalyzedthecharacteristicsoftherespectivepowercircuitofUPS.Performanceand