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)?；旌想娐罚蚨秒x散變量狀態(tài)方程可以更方便的分析,。對于圖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U?C、I?C(母線電壓E的變化較小,，不必精確按時(shí)檢測),，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,。這種型號的數(shù)字信號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級硬件堆棧和四級流水線處理結(jié)構(gòu)，極大地提高了對數(shù)字信號的處理速度,。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,，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,。A/D完畢中斷服務(wù)則用來處理母線電壓檢測完畢后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和U_C,、I_C檢測完畢后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%,。