目前,，瞬時(shí)PID控制,、重復(fù)控制等技術(shù)都在應(yīng)用中占有重要地位。但這兩種技術(shù)都有難以克服的缺點(diǎn),，如瞬時(shí)PID控制難以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化,；重復(fù)控制的動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢。

     隨著計(jì)算機(jī)以及各種精密自動(dòng)化設(shè)備,、電子設(shè)備被廣泛應(yīng)用于通信,、工業(yè)自動(dòng)化控制、辦公自動(dòng)化等領(lǐng)域, 逆變器作為UPS的重要組成部分,，近年來得到了迅速展,。對(duì)逆變器的控制成為研究重點(diǎn)，即要求其輸出波形穩(wěn)態(tài)精度高,、總諧波畸變率低和動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,。

1 無差拍控制逆變器的控制原理

    無差拍控制是一種通過狀態(tài)的數(shù)字瞬時(shí)反饋，利用微處理器的高速數(shù)值計(jì)算功能實(shí)現(xiàn)的全數(shù)字化控制方式,。圖1為逆變器主電路,，由逆變橋、LC濾波器和阻性負(fù)載組成,。LCR可以由狀態(tài)方程表示：
 

    在逆變器系統(tǒng)中,，Uin是逆變橋的輸出，是一個(gè)中間變量,；只有脈寬ΔT才是原始的控制量,。并且，逆變器主電路可以認(rèn)為是一種數(shù)?；旌想娐?，因而利用離散變量狀態(tài)方程可以更方便的分析。對(duì)于圖1所示電路,，Uin可以是單極性,，也可以是雙極性的 。若Uin為圖2所示雙極性,，則可將式(1)離散化^{［1］［2］：}

    式(2.a)和(2.b) 分別對(duì)應(yīng)圖2的(a),、(b),。分別取矩陣方程(2.a)和(2.b)的第一行，并令,，U?C(K+1)=U?*?C(K+1),，U?*?C為參考正弦，則所需脈寬可相應(yīng)計(jì)算 ,。那么,，在每個(gè)開關(guān)周期的開始，必須先檢測(cè)U?C,、I?C(母線電壓E的變化較小,，不必精確按時(shí)檢測(cè))，然后計(jì)算ΔT,。因此,，在實(shí)際系統(tǒng)中，通常需要三個(gè)傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器檢測(cè)直流母線電壓,、輸出電壓和濾波電容電流,。由于A/D轉(zhuǎn)換和計(jì)算都需要一定的時(shí)間，因此ΔT的最大值受到限制,。從圖2可知,，若輸出為正時(shí)，采用圖2a,，則ΔT≤0.5T,。所以，存在足夠的(T-ΔT)/2時(shí)間用于采樣和計(jì)算,。

    普通PWM逆變器在空載和滿載時(shí),，它的輸出相位有較大的差異，這是因?yàn)槟孀儤虻妮敵鱿辔浑m與給定正弦同相,，但是LC濾波器的相移與負(fù)載有關(guān),。無差拍控制逆變器的輸出相位基本不變，它通過調(diào)節(jié)逆變橋的輸出相位來彌補(bǔ)LC濾波器的相位延時(shí),。

2 無差拍控制逆變器的實(shí)現(xiàn)

    德州儀器公司(Texas Instrument)開發(fā)的第三代數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor)TMS320F240系列具有16位高速定點(diǎn)運(yùn)算功能,。這種型號(hào)的數(shù)字信號(hào)處理器芯片具有如下優(yōu)點(diǎn)：

　　(1) 很高的處理速度。單指令執(zhí)行周期為50ns,，即每秒可執(zhí)行兩千萬條指令,。芯片內(nèi)有專用的16*16硬件乘法器，并設(shè)置有8級(jí)硬件堆棧和四級(jí)流水線處理結(jié)構(gòu),，極大地提高了對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理速度,。544kB的高速片內(nèi)雙向存取RAM使得片內(nèi)數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)高速傳送；

　　(2) 特有的并行結(jié)構(gòu),。傳統(tǒng)的馮-諾依曼結(jié)構(gòu)中程序代碼和數(shù)據(jù)單元是統(tǒng)一編址的,，而F240采用改進(jìn)的Harvard結(jié)構(gòu),，程序區(qū)與數(shù)據(jù)區(qū)存儲(chǔ)單元是分開的，取指令和數(shù)據(jù)存取可同時(shí)進(jìn)行,。這樣使得處理速度進(jìn)一步提高,；

　　(3) 豐富的指令集提供了靈活的編程能力。不僅能實(shí)現(xiàn)各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算功能 ,，而且能很方便地完成程序區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)之間的信息傳遞,；

　　(4) 高度集成的內(nèi)部資源。芯片中嵌入了專用的事件管理器(Event Manager),，能很方便地捕獲事件中斷和輸出各種PWM波形,。片內(nèi)還集成了A/D轉(zhuǎn)換器、串行通訊,、I/O接口等外圍功能,，因此十分容易構(gòu)造控制系統(tǒng),，而且極大地減少了硬件開銷,。

    由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，DSP F240系列尤其適合實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制所需的實(shí)時(shí)化,、高速處理的要求,。其內(nèi)部資源包括:

　　(1) 三個(gè)獨(dú)立的16位硬件定時(shí)器，具有6種工作模式,；輸出共有12路PWM脈沖,，便于實(shí)現(xiàn)單相半橋、全橋和三相全橋（可設(shè)置死區(qū),，以及實(shí)施空間矢量PWM控制）的電力電子變換器控制,；

　　(2) 具有三路外部硬件中斷和4個(gè)外部事件捕獲中斷（Capture），系統(tǒng)中有RESET復(fù)位中斷,、掉電中斷PDPINT,、非屏蔽中斷NMI等軟件資源，為系統(tǒng)的安全工作提供了保障,，同時(shí)可以對(duì)特殊事件進(jìn)行及時(shí)處理,；

　　(3) 兩個(gè)獨(dú)立的10位精度A/D采樣轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部帶PLL鎖相環(huán)的時(shí)鐘單元,，看門狗監(jiān)控單元Watchdog,，串行同步口SPI和串行異步口SCI，28個(gè)可編程多路復(fù)用I/O口等 ,。

    從上述內(nèi)部資源可見,，TMS320F240系列的DSP在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)不需要太多的硬件開銷，從而也提高了系統(tǒng)的可靠性,。

3 仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    在理想狀態(tài)下,，用MATLAB對(duì)無差拍控制半橋逆變器進(jìn)行仿真,。其電路參數(shù)為：L=1mH，C=20μF,，開關(guān)頻率為10kHz,。直流母線電壓E=300V，輸出50Hz,，100V峰值交流 ,。其輸出波形如圖5所示。

    實(shí)驗(yàn)充分利用了TMS320F240的事件管理器功能和中斷,，實(shí)現(xiàn)無差拍控制,。圖3、圖7為控制主程序和中斷服務(wù)子程序的流程圖,。主程序包括初始化(開放和設(shè)置相應(yīng)中斷),、啟動(dòng)檢測(cè)和軟啟動(dòng)；T1周期中斷服務(wù)程序包括讀正弦表,、系數(shù)計(jì)算和啟動(dòng)母線電壓的檢測(cè),，如圖4。T2下溢中斷服務(wù)程序用來啟動(dòng)U_C,、I_C的檢測(cè),。A/D完畢中斷服務(wù)則用來處理母線電壓檢測(cè)完畢后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和U_C、I_C檢測(cè)完畢后ΔT的計(jì)算,，如圖6,。圖8是中斷服務(wù)程序的時(shí)序分布圖，1,、3分別是T1周期中斷服務(wù)程序和T2下溢中斷服務(wù)程序,；2、4是A/D完畢中斷服務(wù)程序的兩次響應(yīng),。其中,，1、3相差50μs (0.5T),，1,、2和3、4相差7μs (A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間),。圖9和圖10是逆變器的輸出波形及其各次諧波所占的比例,。根據(jù)圖10可計(jì)算其諧波畸變率為0.8%。