一种基于模型设计的双闭环三电平逆变系统技术方案

一种基于模型设计的双闭环三电平逆变系统，它涉及一种三电平逆变系统。本实用新型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，使变换效率低，可靠性低，成本高的问题。本实用新型专利技术的中点电位控制电路通过第一传感器与检测调理模块建立连接，逆变主电路通过第二传感器与检测调理模块的输入端建立连接，检测调理模块的输出端与嵌入式芯片主控单元的数据输入端建立连接，上位机通过数据连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段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。本实用新型专利技术同时对电路的频率、电压进行双闭环调节，结构简单，自动化操作更加方便。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种基于模型设计的双闭环三电平逆变系统，它涉及一种三电平逆变系统。本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，使变换效率低，可靠性低，成本高的问题。本技术的中点电位控制电路通过第一传感器与检测调理模块建立连接，逆变主电路通过第二传感器与检测调理模块的输入端建立连接，检测调理模块的输出端与嵌入式芯片主控单元的数据输入端建立连接，上位机通过数据连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段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。本技术同时对电路的频率、电压进行双闭环调节，结构简单，自动化操作更加方便。【专利说明】一种基于模型设计的双闭环三电平逆变系统
本技术涉及一种电平逆变系统，具体涉及用一种基于模型设计的双闭环三电 平逆变系统，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宄应用最早的一种，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。 本技术的技术方案是：一种基于模型设计的双闭环三电平逆变系统，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。 -种基于模型设计的双闭环三电平逆变系统设计方法，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直接送入增强型脉冲编码调制块，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P丽信号 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D0-178B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，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】

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