单片机控制的小型发电机逆变电源的研制技术

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　　本设计采用非线性方法来解决这一问题，将模糊控制应用到控制系统中去。汽油发电机的油门采用步进电动机进行控制，整个系统分为节油模式和满载模式，在负载频繁变动的场合采用满载模式，其他场合采用节油模式，根据负载的变化自动调节发电机油门，整个系统通过硬件和软件上的灵活设计保证其在节油降耗的基础上具有良好的稳定性和动态性能。
　　基本工作原理
　　汽油发电机常被作为移动式的独立电源来使用，主要由汽油机、同步交流发电机和控制器组成。设计中所用汽油机发出的三相交流电频率为350～640Hz，电压为300～550V，通过三相整流桥变成直流高电压，然后经过降压环节（降压变换器）降至350V左右，最后通过逆变环节和LC滤波器变换成220V/50Hz的交流电供负载使用。为了降低主电路的开关损耗，逆变器采用单极倍频电压型SPWM软开关DC/AC变换电路。
　　控制电路以单片机为中心，为使输出电压在负载变化时能够稳定，首先在降压环节中引入了传统的PID控制算法，将降压环节输出电压稳定在350V，以使逆变器输出稳定的220V/50Hz的交流电。当降压环节不能使输出电压达到稳定时，则根据反馈电压与给定电压的偏差及偏差的变化率作为模糊控制器的输入量进行调节，得到合适的油门开度，即可实现输出电压的稳定和良好的动态性能。
　　控制系统的组成
　　整个系统用PIC16F877作为主控芯片，它在保持高速度和低价格的前提下集成了看门狗定时器、FLASH程序存储器、10位A/D转换接口、两路PWM输出等电路，所以在进行开发设计时，外部电路比较简洁，能较好的满足要求。
　　控制器方案主要包括硬件和软件两部分。硬件设计主要由驱动模块、油门控制电路、逆变桥专用SPWM控制器、SG3525脉宽调制电路、电压电流检测电路等组成。设计选用既有隔离功能又具备驱动能力的TLP250作为驱动模块；逆变桥控制器采用PIC16F873进行开发，直接利用单片机自身提供的PWM输出接口输出两路SPWM驱动脉冲；反馈信号的采样检测选用单片机内部分辨率高和抗干扰能力强的A/D进行转换；整个硬件设计方案简洁，可靠性较高。
　　系统的软件部分主要包括油门模糊控制程序，逆变控制器SPWM脉冲输出程序，主控芯片在过压过流情况下的中断保护程序以及与逆变控制器的通讯程序。其中，发电机油门的模糊控制程序是整个系统的难点和核心，如果控制量计算不合适非但不能达到节能降耗的目的，还将造成系统的振荡和输出电压不稳定。另外，汽油发电机属于独立电源，所以控制系统的供电需利用发电机模块绕组发出的13.5±0.5V的交流电变换而成。由于逆变电路需要几路相互独立的驱动电源，为了使电路简洁，本系统设计了有多路副边输出的反激式开关电源给控制系统供电。
　　驱动电路和保护电路的设计
　　控制系统中降压环节和逆变器开关器件选用IGBT，根据IGBT的开关特性和对栅极驱动电路的要求，用TLP250设计的驱动电路如图2所示。PWM3为单片机发出的驱动信号，VCC为辅助电源的18V电平，G3和E3为IGBT的驱动信号，G3接IGBT的门极，E3接IGBT的源极。开通状态下的栅极驱动电压为13V，关断状态下的栅极驱动电压为－5V(稳压管反向偏置)。当G3与E3两端电压为13V时，IGBT导通，当其两端电压为－5V时，则强迫IGBT迅速关断。而当输出出现过电压时，电路将封闭TLP250的工作，从而实现对IGBT的保护。
　　为了使电源在恶劣环境及突发故障下能够安全可靠的工作，必须设计保护电路，比如防浪涌的软启动，防过压、欠压、过热、过流、短路等保护电路。本保护电路主要是完成系统的过流保护功能，它利用霍尔传感器检测电压电流信号，通过由LM324设计的滞回电压比较器封锁输出脉冲。
　　模糊控制器的设计
　　模糊控制的基本原理就是将控制器的输入量经过模糊化
　　按照一定的模糊语言规则进行推理，最后将推理得出的结果进行解模糊得到控制变量的精确输出值。
　　模糊控制器的设计主要是实现模糊控制算法的软件设计，主要包括以下几个方面：确定模糊控制器的输入和输出变量，选择输入和输出变量的论域；变量的语言描述和赋值表的建立；设计模糊控制规则；确立模糊化和解模糊化方法，生成控制表。
　　1 控制器的输入和输出变量
　　从理论上讲，模糊控制系统所选用的模糊控制器维数越高，系统的控制精度也就越高。但维数选择太高，模糊控制规律过于复杂，基于模糊合成推理的控制算法的计算机实现也就更困难。根据本设计的特点采用二维模糊控制器，为了易于测量和控制，控制器的输入变量直接选用降压环节输出电压的偏差E和偏差的变化率EC，控制器的输出变量为汽油机的油门开度即步进电机的步进步数。
　　电压偏差的基本论域为[-60，60]，偏差变化的基本论域为[