一种双闭环三电平逆变系统基于模型设计的装置和方法
一种双闭环三电平逆变系统基于模型设计的装置和方法
【专利摘要】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。
【专利说明】一种双闭环三电平逆变系统基于模型设计的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明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【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 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。
【发明内容】
[0003] 本发明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。
[0004] 本发明的技术方案是：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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012]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。
[0013]本发明与现有技术相比具有以下效果：本发明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信号，并将信号送至电压互感器和有效值检测芯片后进入信号处理 模块内对信号进行处理，嵌入式芯片主控单元对处理后的各个信号做出反馈，调整控制信 号的输出，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，变换 过程精确度更高，同时进一步提高变换效率，增强了系统的可靠性，降低了成本。
[0014]与目前现有技术相比，本发明基于模型设计的方法，通过建立逆变系统控制模型， 自动生成主控芯片所需的软件代码，开发时间和所需成本只有传统方法的1/5到1/2左右， 大大缩短了技术开发与测试周期，降低了开发成本，可以通过修改模型的方法完成对设计 方案的更改，省时高效，完成的包括A/D转换采集、调频、调压、中点电位控制、占空比计算 等功能在内的可移植模型，便于其他与其相关和更多电平数逆变系统的开发使用。与传统 的嵌入式逆变系统开发相比，根据D0-178B标准生成的代码与手工编写的代码相比更加可 靠、安全，此方法将逆变系统开发的需求、设计、实现捏合成为整体，是各个环节不在孤立， 更有助于对设计进行测试和后期验证，可以在复杂的控制系统开发中广泛应用，通过图3 和图4所示分别为一种双闭环三电平逆变系统基于模型设计的装置输出的相电压波形和 线电压波形，所述的一种双闭环三电平逆变系统基于模型设计的方法通过频率、电压的双 闭环调节，所得相电压为平稳的三电平，所得线电压为五电平，本发明在完成传统三相三电 平逆变系统输出目标的同时，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，使逆变系统设计的各个环节有机的结合起来， 提高工作可靠性并支持不断的修改验证便于优化和查错。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是双闭环三电平逆变系统基于模型设计的装置图； 图2是双闭环三电平逆变系统基于模型设计的设计方法原理图； 图3是闭环三电平逆变系统输出的相电压波形； 图4是闭环三电平逆变系统输出的线电压波形。
[0016]1、上位机2、嵌入式芯片主控单元，3、逆变主电路，4、驱动模块，5、检测调理模块， 6、直流稳压电源，7、中点电位控制电路，8、负载，9、第一传感器，10、第二传感器，11、电压互 感器，12、有效值检测芯片，13、信号调理模块，T1、第一开关管，T2、第二开关管，T3、第三开 关管，T4、第四开关管，T5、第五开关管，T6、第六开关管，D1、第一二极管，D2、第二二极管， D3、第三二极管，D4、第四二极管，C1、第一电容，C2、第二电容，L1、第一电感，L2、第二电感。
【具体实施方式】
[0017]结合【专利附图】
【附图说明】本发明的【具体实施方式】；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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020] 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。
[0021] 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T3、第四开关管T4、第五开关管T5和第六开关管T6， 第一箝位电路包括依次串联的第三二极管D3和第四二极管D4,所述第一箝位电路的输出 端连接在第五开关管T5和第六开关管T6之间，第一箝位电路的输出端连接在第三开关管 T3和第四开关管T4之间，所述第二电感L2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8建立连接。
[0022] 所述的嵌入式芯片主控单元为TI公司生产的F28335 eZdsp嵌入式开发套件，所 述的逆变主电路的开关器件选用型号为MOSFET IRF3205,箝位二极管选用型号为IN4007， 所述的驱动模块采用美国IR公司生产的IR2110驱动芯片，所述的检测模块包括电压频率 检测模块，其中，所述的电压频率检测模块采用HOP电压互感器和AD637有效值检测芯片。
[0023] 本发明的双闭环三电平逆变系统在成代码生成后，在上位机1中自动连接CCS并 编译，将控制代码下载到嵌入式芯片主控单元2中，发出PWM信号，经驱动模块4驱动放大 分成两路，一路驱动中点电位控制电路7的两个开关器件控制中点电位，另外一路控制逆 变主电路3工作，对负载8电压输出，系统由直流稳压电源6供电；同时第一传感器9对逆 变输出做频率、电压信号米样，第二传感器10对第一电容C1和第二电容C2的中点电位做 电压信号采样，将采样值送入电压互感器11和有效值检测芯片12,后经信号处理模块5对 信号进行处理，嵌入式芯片主控单元2再对信号处理模块5提供的输出的信号做出反馈，信 号处理模块5根据反馈调整控制信号，完成频率、电压双闭环调节。
[0024] -种双闭环三电平逆变系统基于模型的设计方法，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。
[0025] 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。
[0026] 所述的A/D转换电压采集模块和A/D转换频率采集模块采用ADC模块后接MATLAB Function模块方式，根据电压、频率信号处理的不同要求对转换结果进行适当的函数运算， 分别输出到调压模块和调频模块、中点电位控制模块进行后续处理。
[0027] 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。
[0028] 所述的调压模块中采集得到的逆变系统输出的实际电压值和给定值的误差进行 PID调节，最终调整调制度减小额定与实际之间的误差，得到新的调制度值，以改变占空比 完成电压调节，为了保证系统响应的速度，调制度值的初始值设定为〇. 5。
[0029] 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7中第一开关管T1和第二开关管T2的通断，对第一电容C1和第二 电容C2进行充放电来抑制中点电位漂移。
[0030] 占空比计算模型采用可移植的三角载波反相层叠的PWM控制算法，设 定载波比为12,通过M语言编写的MATLAB Function模块实现，装载了采样点 的MATLAB Function模块，延迟环节等效成为周期值，实现按固定的时间周期循 环提取采样点，另一个MATLAB Function模块则装载了采样点所对应的采样值 Sblflf，输出与调制度相乘，经过计算配置增强型脉冲编码调制模块即可得到一组按规律变 化的占空比值。
[0031] 所述的嵌入式芯片主控单元为TI公司生产的F28335 eZdsp嵌入式开发套件。将 嵌入式三电平逆变系统的控制部分建立数学模型，将模型通过功能性验证和软件在环和处 理器在环等一系列测试手段，调试到符合要求的最佳程度，将模型转换为代码下载到主控 芯片当中，完成控制部分的模型设计。
【权利要求】
1. 一种基于模型设计的双闭环H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H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H支路、第一电感（L1)和第二电感 (L2)，第一支路、第二支路和第H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H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H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H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H电平逆变系统，其特征在于：所 述逆变主电路（3)为二极管猜位型H电平拓扑结构，包括相互并联的第一桥臂、第二桥臂、 第H桥臂、第一猜位电路、第二猜位电路和第H猜位电路，所述第二电感（L2)的一端依次连 接第一猜位电路、第二猜位电路和第H猜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H桥臂的中点分别通过导线与负载（8)建立连接。
6. -种双闭环H电平逆变系统基于模型设计方法，其特征在于：包括W下步骤： 步骤一、W MTLAB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、对建立好的模型进行功能性验证，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； 步骤H、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W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。
7. 根据权利要求6所述一种双闭环H电平逆变系统基于模型设计的方法，其特征在 于：所述调频模型包括增强型捕捉模块、MTLAB化nction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MTLAB 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，W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。
8. 根据权利要求7所述一种双闭环H电平逆变系统基于模型设计的方法，其特征 在于：所述中点电位控制模块内设有增强型脉冲编码调制模块，中点电位控制模型通过 MTLAB化nction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，W此控制中点电位控制电路（7)中第一开关管 (T1)和第二开关管（T2)的通断，对第一电容（C1)和第二电容（C2)进行充放电来抑制中点 电位漂移。
【文档编号】G06F17/50GK104467500SQ201410850077
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月31日 优先权日:2014年12月31日
【发明者】李文娟, 刘铜振 申请人:哈尔滨理工大学
【专利摘要】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。
【专利说明】一种双闭环三电平逆变系统基于模型设计的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明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【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 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。
【发明内容】
[0003] 本发明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。
[0004] 本发明的技术方案是：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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012]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。
[0013]本发明与现有技术相比具有以下效果：本发明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信号，并将信号送至电压互感器和有效值检测芯片后进入信号处理 模块内对信号进行处理，嵌入式芯片主控单元对处理后的各个信号做出反馈，调整控制信 号的输出，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，变换 过程精确度更高，同时进一步提高变换效率，增强了系统的可靠性，降低了成本。
[0014]与目前现有技术相比，本发明基于模型设计的方法，通过建立逆变系统控制模型， 自动生成主控芯片所需的软件代码，开发时间和所需成本只有传统方法的1/5到1/2左右， 大大缩短了技术开发与测试周期，降低了开发成本，可以通过修改模型的方法完成对设计 方案的更改，省时高效，完成的包括A/D转换采集、调频、调压、中点电位控制、占空比计算 等功能在内的可移植模型，便于其他与其相关和更多电平数逆变系统的开发使用。与传统 的嵌入式逆变系统开发相比，根据D0-178B标准生成的代码与手工编写的代码相比更加可 靠、安全，此方法将逆变系统开发的需求、设计、实现捏合成为整体，是各个环节不在孤立， 更有助于对设计进行测试和后期验证，可以在复杂的控制系统开发中广泛应用，通过图3 和图4所示分别为一种双闭环三电平逆变系统基于模型设计的装置输出的相电压波形和 线电压波形，所述的一种双闭环三电平逆变系统基于模型设计的方法通过频率、电压的双 闭环调节，所得相电压为平稳的三电平，所得线电压为五电平，本发明在完成传统三相三电 平逆变系统输出目标的同时，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，使逆变系统设计的各个环节有机的结合起来， 提高工作可靠性并支持不断的修改验证便于优化和查错。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1是双闭环三电平逆变系统基于模型设计的装置图； 图2是双闭环三电平逆变系统基于模型设计的设计方法原理图； 图3是闭环三电平逆变系统输出的相电压波形； 图4是闭环三电平逆变系统输出的线电压波形。
[0016]1、上位机2、嵌入式芯片主控单元，3、逆变主电路，4、驱动模块，5、检测调理模块， 6、直流稳压电源，7、中点电位控制电路，8、负载，9、第一传感器，10、第二传感器，11、电压互 感器，12、有效值检测芯片，13、信号调理模块，T1、第一开关管，T2、第二开关管，T3、第三开 关管，T4、第四开关管，T5、第五开关管，T6、第六开关管，D1、第一二极管，D2、第二二极管， D3、第三二极管，D4、第四二极管，C1、第一电容，C2、第二电容，L1、第一电感，L2、第二电感。
【具体实施方式】
[0017]结合【专利附图】
【附图说明】本发明的【具体实施方式】；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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020] 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。
[0021] 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T3、第四开关管T4、第五开关管T5和第六开关管T6， 第一箝位电路包括依次串联的第三二极管D3和第四二极管D4,所述第一箝位电路的输出 端连接在第五开关管T5和第六开关管T6之间，第一箝位电路的输出端连接在第三开关管 T3和第四开关管T4之间，所述第二电感L2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8建立连接。
[0022] 所述的嵌入式芯片主控单元为TI公司生产的F28335 eZdsp嵌入式开发套件，所 述的逆变主电路的开关器件选用型号为MOSFET IRF3205,箝位二极管选用型号为IN4007， 所述的驱动模块采用美国IR公司生产的IR2110驱动芯片，所述的检测模块包括电压频率 检测模块，其中，所述的电压频率检测模块采用HOP电压互感器和AD637有效值检测芯片。
[0023] 本发明的双闭环三电平逆变系统在成代码生成后，在上位机1中自动连接CCS并 编译，将控制代码下载到嵌入式芯片主控单元2中，发出PWM信号，经驱动模块4驱动放大 分成两路，一路驱动中点电位控制电路7的两个开关器件控制中点电位，另外一路控制逆 变主电路3工作，对负载8电压输出，系统由直流稳压电源6供电；同时第一传感器9对逆 变输出做频率、电压信号米样，第二传感器10对第一电容C1和第二电容C2的中点电位做 电压信号采样，将采样值送入电压互感器11和有效值检测芯片12,后经信号处理模块5对 信号进行处理，嵌入式芯片主控单元2再对信号处理模块5提供的输出的信号做出反馈，信 号处理模块5根据反馈调整控制信号，完成频率、电压双闭环调节。
[0024] -种双闭环三电平逆变系统基于模型的设计方法，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。
[0025] 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。
[0026] 所述的A/D转换电压采集模块和A/D转换频率采集模块采用ADC模块后接MATLAB Function模块方式，根据电压、频率信号处理的不同要求对转换结果进行适当的函数运算， 分别输出到调压模块和调频模块、中点电位控制模块进行后续处理。
[0027] 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。
[0028] 所述的调压模块中采集得到的逆变系统输出的实际电压值和给定值的误差进行 PID调节，最终调整调制度减小额定与实际之间的误差，得到新的调制度值，以改变占空比 完成电压调节，为了保证系统响应的速度，调制度值的初始值设定为〇. 5。
[0029] 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7中第一开关管T1和第二开关管T2的通断，对第一电容C1和第二 电容C2进行充放电来抑制中点电位漂移。
[0030] 占空比计算模型采用可移植的三角载波反相层叠的PWM控制算法，设 定载波比为12,通过M语言编写的MATLAB Function模块实现，装载了采样点 的MATLAB Function模块，延迟环节等效成为周期值，实现按固定的时间周期循 环提取采样点，另一个MATLAB Function模块则装载了采样点所对应的采样值 Sblflf，输出与调制度相乘，经过计算配置增强型脉冲编码调制模块即可得到一组按规律变 化的占空比值。
[0031] 所述的嵌入式芯片主控单元为TI公司生产的F28335 eZdsp嵌入式开发套件。将 嵌入式三电平逆变系统的控制部分建立数学模型，将模型通过功能性验证和软件在环和处 理器在环等一系列测试手段，调试到符合要求的最佳程度，将模型转换为代码下载到主控 芯片当中，完成控制部分的模型设计。
【权利要求】
1. 一种基于模型设计的双闭环H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H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H支路、第一电感（L1)和第二电感 (L2)，第一支路、第二支路和第H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H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H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H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H电平逆变系统，其特征在于：所 述逆变主电路（3)为二极管猜位型H电平拓扑结构，包括相互并联的第一桥臂、第二桥臂、 第H桥臂、第一猜位电路、第二猜位电路和第H猜位电路，所述第二电感（L2)的一端依次连 接第一猜位电路、第二猜位电路和第H猜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H桥臂的中点分别通过导线与负载（8)建立连接。
6. -种双闭环H电平逆变系统基于模型设计方法，其特征在于：包括W下步骤： 步骤一、W MTLAB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、对建立好的模型进行功能性验证，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； 步骤H、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W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。
7. 根据权利要求6所述一种双闭环H电平逆变系统基于模型设计的方法，其特征在 于：所述调频模型包括增强型捕捉模块、MTLAB化nction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MTLAB 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，W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。
8. 根据权利要求7所述一种双闭环H电平逆变系统基于模型设计的方法，其特征 在于：所述中点电位控制模块内设有增强型脉冲编码调制模块，中点电位控制模型通过 MTLAB化nction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，W此控制中点电位控制电路（7)中第一开关管 (T1)和第二开关管（T2)的通断，对第一电容（C1)和第二电容（C2)进行充放电来抑制中点 电位漂移。
【文档编号】G06F17/50GK104467500SQ201410850077
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月31日 优先权日:2014年12月31日
【发明者】李文娟, 刘铜振 申请人:哈尔滨理工大学
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