单片机与DSP中的基于谐波补偿的逆变器波形控制技术研究

摘要：介绍了一种基于谐波补偿的逆变器波形控制技术，分析了系统的工作原理，详细探讨了控制系统参数设计方法，并得出了试验结果。 关键词：谐波补偿；逆变器；波形控制引言逆变器是一种重要的DC/AC变换装置。衡量其性能的一个重要指标是输出电压波形质量，一个好的逆变器，它的输出电压波形应该尽量接近正弦，总谐波畸变率（THD）应该尽量小。在实际应用中逆变器经常需要接整流型负载，在这种情况下仅仅采用SPWM调制技术的逆变器，其输出电压波形就会产生很大的畸变。为了得到THD小的输出电压，波形控制技术近年来得到了极大的发展。重复控制[1]是近年来研究得比较多的一种控制方案。本文从谐波补偿的角度出发，采用改 【单片机与DSP中的基于谐波补偿的逆变器波形控制技术研究】 逆变器作为一种关键的DC/AC转换设备，其性能评估的重要因素是输出电压波形的质量。理想的逆变器输出应尽可能接近正弦波，总谐波畸变率（THD）需尽可能小。然而，在实际应用中，特别是连接整流型负载时，采用简单的SPWM调制技术会导致输出电压波形严重畸变。因此，波形控制技术成为改善逆变器性能的关键，其中谐波补偿是近年来研究的热点。 本文主要研究了一种基于谐波补偿的逆变器波形控制技术，该技术通过实时频谱分析和预畸变谐波信号注入来校正输出电压。具体来说，它利用改进型FFT算法对输出电压误差信号进行实时分析，识别并提取出主要的低次谐波，如1、3、5、7、9次谐波。这些谐波经过预畸变处理后，作为补偿指令注入逆变器，以抑制非线性扰动，从而改善输出电压波形。 控制系统结构包括三个主要部分：控制对象、内部模型和谐波补偿器。控制对象是逆变器输出LC滤波器的传递函数，内部模型模仿控制对象特性，由DSP软件实现，以提供参考信号。谐波补偿器由FFT和谐波发生器组成，FFT算法用于快速识别谐波成分，而谐波发生器负责产生预畸变的补偿信号。 在实际操作中，由于控制对象存在纯延迟环节，理想中的完全谐波补偿无法实现。但是，通过设计谐波补偿器使其在低频段的频率特性与控制对象的低频特性呈逆关系，可以有效地抑制低次谐波，从而改善输出波形。这种方法称为“等效逆”，能够在不引入物理上不可实现的超前环节的情况下，实现有效补偿。 内部模型G2(z)直接对应于控制对象G1(z)的离散化形式，确保了模型与实际系统的精确匹配。谐波补偿器中的FFT算法进行了优化，减少了不必要的计算步骤，适应于资源有限的F240定点DSP，使得实现实时频谱分析成为可能。 通过调整幅值补偿系数modcoeff(n)和相位补偿系数phacoeff(n)，谐波发生器可以生成与FFT分析结果相匹配的预畸变谐波信号，确保补偿指令能够有效地抵消扰动，提高输出电压的纯净度。 总结来说，这项研究提出了基于谐波补偿的逆变器波形控制策略，通过改进的FFT算法和预畸变谐波注入，提高了逆变器在复杂负载条件下的输出波形质量，降低了THD。这种方法对于提升电力系统的效率和稳定性具有重要意义，特别是在需要高精度电源的工业应用中。