一种双闭环三电平逆变系统基于模型设计的装置和方法制造方法及图纸

一种双闭环三电平逆变系统基于模型设计的装置和方法，它涉及一种电平逆变系统装置及其设计方法。本发明专利技术的目的是为了解决现有的三电平逆变系统控制结构单一，变换效率低，现有的三电平逆变系统的开发方法存在开发周期长，查错和验证费时费力，严重的甚至可能出现无法修正的错误，导致系统开发失败的问题。本发明专利技术以MATLAB软件为设计平台构建控制系统模型，系统模型包括频率转换模型和中断子模型，频率转换模块包括A/D转换频率采集模块和调频模块，中断子模型包括A/D转换电压采集模块、调压模块、中点电位控制模块和占空比计算模块。本发明专利技术缩短了开发周期，降低了开发成本，提高了工作可靠性并支持模型的不断修改验证便于系统优化和查错。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电平逆变系统及其设计的装置和方法，具体涉及用一种双闭环三电平逆变系统其基于模型设计的装置和方法，属于电力电子
 
技术介绍
多电平逆变器相对传统两电平逆变器而言，拥有开关频率低，节约成本，谐波含量低，电磁干扰小等诸多优势，因此其在电力电子高压、大功率场合得到了越来越广泛的应用。三电平逆变器作为多电平系统中研究应用最早的一种，由于其技术比较成熟，得到了广泛的应用。然而，由于多电平的拓扑结构复杂，若电平数增加，开关管的数量也会成倍增加，导致电路庞大，控制算法复杂，因此采用嵌入式系统开发作为现在主流的多电平逆变系统的设计方法。但是传统嵌入式逆变系统软硬件分离的开发模式，开发周期长，手工编程效率低、错误多，各设计环节基本孤立进行，无承接性，测试时反复性大，查错和验证费时费力，后期修正成本高，严重的甚至可能出现无法修正的错误，导致系统开发失败。 
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的三电平逆变系统控制结构单一，变换效率低，现有的电平逆变系统的开发方法存在开发周期长，手工编程效率低、错误多，各设计环节基本孤立进行，无承接性，测试时反复性大，查错和验证费时费力，后期修正成本高，严重的甚至可能出现无法修正的错误，导致系统开发失败的问题。本专利技术的技术方案是：一种双闭环三电平逆变系统基于模型设计的装置，包括上位机、嵌入式芯片主控单元、逆变主电路、驱动模块、检测调理模块、直流稳压电源、中点电位控制电路、负载、第一传感器和第二传感器，所述检测调理模块包括电压互感器、有效值检测芯片和信号调理模块所述直流稳压电源的输出端与中点电位控制电路的建立连接，中点电位控制电路的输出端与逆变主电路的输入端建立连接，逆变主电路的输出端通过导线分别与负载和第一传感器建立连接，第一传感器的输出端连接分别连接检测调理模块的电压传感器和有效值检测芯片，逆变主电路通过第二传感器与检测调理模块的电压互感器建立连接，电压互感器和有效值检测芯片的输出端通过信号调理模块与嵌入式芯片主控单元的数据输入端建立连接，所述上位机通过数据线与嵌入式芯片主控单元的代码输入端建立连接，嵌入式芯片主控单元的数据输出端与驱动模块的输入端建立连接，驱动模块的输出端分别与逆变主电路和中点电位控制电路建立连接。所述中点电位控制电路包括第一支路、第二支路、第三支路、第一电感和第二电感，第一支路、第二支路和第三支路并接在直流稳压电源的两端，第一支路包括串联连接的第一开关管和第一二极管、第二支路包括串联连接的第一电容和第二电容，第三支路包括串联连接的第二二极管和第二开关管，第一电感的一端连接在第一支路的第一开光与第一二极管之间，第一电感的另一端连接在第一电容与第二电容之间，第二电感的一端连接在第一电容与第二电容之间，第二电感的另一端连接在第二二极管与第二开关管之间。所述第一开关管的源极与第一二极管的负极通过导线建立连接，第二开关管的漏极与第二二极管的正极通过导线建立连接。所述第二传感器通过导线连接在第一电容与第二电容的中点上。所述逆变主电路为二极管箝位型三电平拓扑结构，包括相互并联的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第一箝位电路、第二箝位电路和第三箝位电路，所述第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂结构相同，第一箝位电路、第二箝位电路和第三箝位电路结构相同，所述第一桥臂包括依次串联连接的第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管，第一箝位电路包括依次串联的第三二极管和第四二极管，所述第一箝位电路的输出端连接在第五开关管和第六开关管之间，第一箝位电路的输出端连接在第三开关管和第四开关管之间，所述第二电感的一端依次连接第一箝位电路、第二箝位电路和第三箝位电路的两个二极管之间，第一桥臂的中点、第二桥臂的中点和第三桥臂的中点分别通过导线与负载建立连接。一种双闭环三电平逆变系统基于模型的设计的方法，包括以下步骤：步骤一、以MATLAB软件为设计平台构建控制系统模型，所述系统模型包括频率转换模型和中断子模型，所述频率转换模型包括A/D转换频率采集模型和调频模型，中断子模型包括A/D转换电压采集模型、调压模型、中点电位控制模型和占空比计算模型，A/D转换频率采集模型将采样信号转换成输出电压频率，将转换的电压频率结果送入调频模型中与给定频率比较后，并进行比例积分微分PID调节，得到的调节量即调制比送入中断子模型；A/D转换电压采集模型将采样信号转换成输出电压值和中点电位值，将转换的电压值和中点电位值分别送入调压模型和中点电位控制模型中，在调压模型内将转换的电压值与给定电压比较，并根据需要进行PID调节，在中点电位控制模型中，将转换的中点电位值与给定电位值比较，并根据需要进行PID调节，将调压模型得到的调节量送入占空比计算模型中，中点电位模型中得到的调节量送入增强型脉冲编码调制模块内，整个系统模型中设有多个增强型脉冲编码调制模块，其中中点电位模型里有一个，占空比计算模型里有6个，因为是主电路有12路PWM控制信号，每个占空比模型都是一样的，每个生成2路PWM信号共6个，其作用为对信号进行编码调制，得到合适的控制信号参数，通过占空比计算模型将信号进行处理得到占空比值，并将信号输出； 步骤二、对建立好的模型要进行主要包括功能性验证：将占空比计算模型输出的控制信号接到逆变系统中，验证逆变系统的输出结果，在Model Advisor中选择Simulink，Embedded Coder等决定生成代码质量的选项对模型进行检查。软件在环测试：将模型生成的代码反封装为S-Function模块也就是SIL模块，比较SIL模块与原模块的输出，来确认生成代码的正确性。处理器在环测试：将系统所需的算法模型全部纳入控制模型中，在模型中添加Target Preferences，选择目标型号为F28335 eZdsp，在配置窗口选择生成PIL模块并进行PIL测试，观察输出看是否符合设计要求。步骤三、调试模型，将模型调试到符合控制要求的最佳程度，利用DO-178B标准将步骤一所述模型转换成所需的软件代码，下载到系统嵌入式主控芯片内以产生控制信号，控制系统工作，完成逆变系统的频率、电压双闭环控制。所述调频模型包括增强型捕捉模块、MATLAB Function模块和比例积分微分PID调节模块，所述调频模型采用增强型捕捉模块连续捕捉两个上升沿的时间，后接的MATLAB Function模块将计数值相减得到一个周期内的计时器计数数值，计算出系统的输出频率，将额定频率和输出频率的误差送入比例积分微分PID调节模块，所得结果送入增强型脉冲编码调制模块内，以改变定时中断时间和PWM的控制周期，从而改变发出PWM波的频率。所述的中点电位控制模型通过MATLAB Function模块判断A/D转换电压采集模型和A/D转换频率采集模型的转换结果，与给定值比较，配置输出10%的PWM控制信号，以此控制中点电位控制电路中第一开关管和第二开关管的通断，对第一电容和第二电容进行充放电来抑制中点电位漂移。本专利技术与现有技术相比具有以下效果：本专利技术利用第一传感器和和第二传感器分别采集电压信号和频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于模型设计的双闭环三电平逆变系统，其特征在于：包括上位机（1）、嵌入式芯片主控单元（2）、逆变主电路（3）、驱动模块（4）、检测调理模块（5）、直流稳压电源（6）、中点电位控制电路（7）、负载（8）、第一传感器（9）和第二传感器（10），所述检测调理模块（5）包括电压互感器（11）、有效值检测芯片（12）和信号调理模块（13）所述直流稳压电源（6）的输出端与中点电位控制电路（7）的建立连接，中点电位控制电路（7）的输出端与逆变主电路（3）的输入端建立连接，逆变主电路（3）的输出端通过导线分别与负载（8）和第一传感器（9）建立连接，第一传感器（9）的输出端连接分别连接检测调理模块（5）的电压传感器（11）和有效值检测芯片（12），逆变主电路（3）通过第二传感器（10）与检测调理模块（5）的电压互感器（11）建立连接，电压互感器（11）和有效值检测芯片（12）的输出端通过信号调理模块（13）与嵌入式芯片主控单元（2）的数据输入端建立连接，所述上位机（1）通过数据线与嵌入式芯片主控单元（2）的代码输入端建立连接，嵌入式芯片主控单元（2）的数据输出端与驱动模块（4）的输入端建立连接，驱动模块（4）的输出端分别与逆变主电路（3）和中点电位控制电路（7）建立连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于模型设计的双闭环三电平逆变系统，其特征在于：包括上位机（1）、嵌入式芯片主控单元（2）、逆变主电路（3）、驱动模块（4）、检测调理模块（5）、直流稳压电源（6）、中点电位控制电路（7）、负载（8）、第一传感器（9）和第二传感器（10），所述检测调理模块（5）包括电压互感器（11）、有效值检测芯片（12）和信号调理模块（13）所述直流稳压电源（6）的输出端与中点电位控制电路（7）的建立连接，中点电位控制电路（7）的输出端与逆变主电路（3）的输入端建立连接，逆变主电路（3）的输出端通过导线分别与负载（8）和第一传感器（9）建立连接，第一传感器（9）的输出端连接分别连接检测调理模块（5）的电压传感器（11）和有效值检测芯片（12），逆变主电路（3）通过第二传感器（10）与检测调理模块（5）的电压互感器（11）建立连接，电压互感器（11）和有效值检测芯片（12）的输出端通过信号调理模块（13）与嵌入式芯片主控单元（2）的数据输入端建立连接，所述上位机（1）通过数据线与嵌入式芯片主控单元（2）的代码输入端建立连接，嵌入式芯片主控单元（2）的数据输出端与驱动模块（4）的输入端建立连接，驱动模块（4）的输出端分别与逆变主电路（3）和中点电位控制电路（7）建立连接。
2.根据权利要求1所述一种基于模型设计的双闭环三电平逆变系统，其特征在于：所述中点电位控制电路（7）包括第一支路、第二支路、第三支路、第一电感（L1）和第二电感（L2），第一支路、第二支路和第三支路并接在直流稳压电源（6）的两端，第一支路包括串联连接的第一开关管（T1）和第一二极管（D1）、第二支路包括串联连接的第一电容（C1）和第二电容（C2），第三支路包括串联连接的第二二极管（D2）和第二开关管（T2），第一电感（L1）的一端连接在第一支路的第一开光与第一二极管（D1）之间，第一电感（L1）的另一端连接在第一电容（C1）与第二电容（C2）之间，第二电感（L2）的一端连接在第一电容（C1）与第二电容（C2）之间，第二电感（L2）的另一端连接在第二二极管（D2）与第二开关管（T2）之间。
3.根据权利要求2所述一种基于模型设计的双闭环三电平逆变系统，其特征在于：所述第一开关管（T1）的源极与第一二极管（D1）的负极通过导线建立连接，第二开关管（T2）的漏极与第二二极管（D2）的正极通过导线建立连接。
4.根据权利要求3所述一种基于模型设计的双闭环三电平逆变系统，其特征在于：所述第二传感器（10）通过导线连接在第一电容（C1）与第二电容（C2）的中点上。
5.根据权利要求4所述一种基于模型设计的双闭环三电平逆变系统，其特征在于：所述逆变主电路（3）为二极管箝位型三电平拓扑结构，包括相互并联的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第一箝位电路、第二箝位电路和第三箝位电路，所述第二电感...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文娟，刘铜振，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23