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1、青 岛 大 学毕业论文(设计)开题报告 题 目：UPS逆变器控制系统设计 学 院: 自动化工程学院 专 业: 电气工程及其自动化 姓 名: 张隆 指导教师: 王忻 2014年 3 月 13 日1 课题研究意义随着现代工业的发展,供电网络的负载越来越复杂,特别是大型用电负载的启动和停止,大型可控电力电子设备的应用以及网络内部噪声会使交流正弦波发生畸变。另外,自然界的雷电,电网的接地不良等因素均影响到电网的供电质量。由于以上因素的影响,可能会导致接在电网上的计算机设备,包括通信、医疗等精密的工业仪器设备发生失控、丢失数据、停机、损坏等严重后果,直接影响到用户的正常工作,造成经济损失或其他严重事故。
2、如何解决这些市电问题,正是UPS(Uninterruptible Power System)不间断电源的责任。所以以单片机为控制核心的UPS电源可以为各种设备机器提供高质量的电源。随着社会经济的发展，工业的各个领域对电源的可靠性，质量等有着越来越高的要求，一套好的UPS系统可以提高运行的稳定性，随着单片机的应用，UPS已经可以实现全数字化和智能化。同时，电力电子器件的飞速发展也为主功率部分的简化以及先进控制策略的应用提供了必要条件。IGBT作为MOSFET和GTR的复合器件已广泛地应用到逆变器中。它有MOSFET的工作速度快、输入阻抗高、驱动电路简单、热温度性好的优点，又有GTR的载流量大、阻
3、断电压高等优点。因此，以IGBT为代表组成的逆变器，以单片机为控制核心的UPS电源已普遍应用于我国的各行各业，本课题就是以此展开研究和设计的。2 发展前景随着电子器件的发展，使UPS向小型化、高效率、高可靠性发展。而网络智能化UPS技术和全数字化UPS技术的出现，不仅提供完全可靠的网络电源管理，也为节能、环保提供了一种最佳的解决方案。所以UPS电源技术总的发展趋势是逐步向小型网络智能化和全数字方向发展。随着科学的进步，UPS电源技术在不久的将来会开辟一个更新的领域。高频化：虽然传统在线式UPS的技术已经非常成熟，由于它本身带有许多无法突破的问题，使其发展前途受限。高频化概念的引入，给UPS的发
4、展带来了许多新的思路和空间。随着高频技术和器件的发展，3KV及以下的高频在线式UPS的技术和产品已经成熟，其功能和可靠性均应高于传统UPS。高频化对于减小体积、降低成本以及对非线性负载有更好的响应上起着重要的作用。智能化：微处理器在UPS上的应用，过去只在大、中型UPS上采用，但近年来已逐渐向小型、微型UPS方面发展，其带来的结果是UPS的智能化发展，包括控制、检测和通信。UPS逐渐由计算机来进行管理，并且计算机及外设能“自主”应付一些可能预见到的问题，能进行自动管理和调整，如自动关闭宿主计算机的操作系统并关闭其电源，定时开关UPS本身等，并能将有关信息通过网络传递给操作系统或网络管理员，便于
5、进行远程管理。网络化：把UPS做为网络家庭一个成员的要求越来越迫切，因为它是网络能正常运行的基础。要求UPS拥有更大的蓄电量、可以同时为多台计算机或其它外设服务，并能够通过某种机制达成负载之间的动态配置。大容量单机冗余化：由于网络对UPS可靠性的要求越来越高，而解决可靠性的途径除要求元器件本身高可靠外，就是用冗余的方法。小容量UPS的单机内冗余已出现。而大容量的UPS目前还必须通过并机的方法实现，但这样作又使用户投资太大。毫无疑问，使用Internet技术监控UPS系统将成为未来UPS技术的主流之一。3 各种方案的比较和课题所选用的方案（1）预测控制：预测控制从七十年代中期提出至今，一直是控制
6、界的一个研究热点，不断发展，先后出现了模型算法控制(MAC)、动态矩阵控制(DMC)和广义预测控制(GPC)等几十种，且在实际复杂工业过程控制中得到了成功应用。对于大滞后的被控过程，预测控制是一种非常有效的控制方法，因为预测控制不是根据被调量的当时值进行控制的，而是根据被调量在未来一段时间内的预测值进行控制的，因此，控制作用可以提前一段时间动作，这对大滞后被控过程的控制是至关重要的。由于各类预测控制方法在预测模型假定或设计思想上存在某些差异，从而使相应的控制律各有不同的特点，但其主要思想仍是相似的，对于一个SISO系统可用图1来简单说明，其控制决策描述如下:1)在“当前”t时刻对过程的未来输出
7、进行预测，预测值取决于过程t时刻的已知信息、动态预测模型以及所假定的未来控制序列v(t), v(t+1), , v(t+Nu-1)；2)在所假设的不同的未来控制作用中，选择“最优”控制序列，使过程的输出预测值以“最好”的方式逼近参考轨迹yr。最优逼近可定义为使某一特定的目标函数最小。对输出误差和控制增量加权的二次型性能指标(1)是目前采用最多的目标函数。 (1.1)3)将“最优”控制序列中t时刻的控制信号作用于实际过程。在下一个采样时刻重复进行上面的计算步骤。可以实现很小的电流畸变，抗噪音能力强。但是这种算法要求知道精确的附在模型和电流参数，而且有数值计算造成的延时在实际应用中也是一个问题。（
8、2）滞环控制：也叫做bang-bang控制或纹波调节器控制，即将输出电压维持在内部参考电压为中心的滞环宽度内。具有快速的响应速度，较高的稳定性。但是，滞环控制的开关频率不稳定，使电路工作可靠性下降，输出电压的频谱变差，对系统性能不利。（3）数字PID控制：就是把现场的控制变量的模拟信号和对现场受控变量的输出信号均转换成了数字信号，PID的实现也是通过数字信号的设定来完成的。现在大多在DCS、PLC系统内完成的。随着处理器芯片的运算速度不断提升，更多的PID采用数字控制。可以方便的调整PID参数，具有很大的灵活性和很强的适应性。PID算法简单明了，控制过程快速，准确，平稳。本课题设计方案为：基于
9、单片机控制的全数字UPS逆变器。它大大改善了产品的一致性，增加了控制的柔性，提高了整个系统的稳定性和可靠性。4 课题拟采用的方案和技术路线本课题设计方案为：基于单片机的在线式UPS逆变器控制系统设计拟采用的技术路线：（1）使用IGBT作为功率器件，设计三相逆变电路；（2）以AT89C51单片机为控制核心，设计控制电路来控制三相PWM波产生控制信号；（3）用AT89C51单片机来实现UPS电源的过电压、过电流等监测；（4）设计的UPS电源能提供较好的交流电源，其输出电源电压：220V/AC，频率：50Hz5 各阶段时间安排第1至2周 搜集资料,撰写开题报告第3至4周 主电路设计第5至6周 控制电
10、路设计第7至8周 软件设计第9至10周 仿真调试第11至12周 撰写论文第13至14周 修改论文，准备答辩参考文献：1 王兆安，黄俊.电力电子技术M.北京:机械工业出版社，20002 李成章.中小型UPS不间断电源及直流稳压电源M.北京：电子工业出版社，19903 张广明.UPS技术发展趋势与应用中的问题J.UPS应用，20004 王朔.小功率UPS电源的电池智能管理研究J.沈阳工业大学学报，20015 段善旭，雄健，康勇.一种UPS的数字化锁相及旁路开关检测和切换控制技术J.电工电能新技术，20046 任红.UPS的选择及应用J.建筑电气，20027 王其英.UPS不间断电源剖析与应用M.北京：科学出版社,1997