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原文传递基于DSP的机车空调电源控制系统的优化设计

论文题名：	基于DSP的机车空调电源控制系统的优化设计
关键词：	机车空调;电源控制系统;优化设计;脉宽调制
摘要：	随着铁路运输日益高速、高密度方向的发展，优化机车司机室的工作环境进而保证行车安全变得愈发重要。但是由于机车内环境相对复杂，如机车震动幅度较大、高温、较强的电磁干扰作用、车门频繁开闭等问题，并且机车配备电源通常都有供电品质较差等缺陷，机车电源与空调不宜直接连接使用。因此，机车空调需另行配置专用的供电电源系统，才能确保其正常运转，起到改善司机室工作环境的作用，进而确保行车安全。　　数字化技术尤其是DSP在数字电源控制中的运用，颠覆了此前只凭借模拟电路以及单片机无法实现复杂电源控制的僵局，并且使得电源控制功能更加精准、更加灵活。本课题将围绕TMS320F2812型控制芯片展开，设计一套机车空调电源控制系统，实现机车空调电源数字化控制功能，从而能够为机车空调提供更加稳定且与其供电需求相符的电压、电流以及功率，确保空调稳定工作。　　机车空调电源控制系统的主电路主要包括斩波电路与逆变电路。前者采用升压型斩波电路来提升直流电压，把机车上的直流110V电压增压至540V;后者采用了三相交流逆变器，将前者所获得的直流电逆变为三相380V交流电，供空调机组使用。　　机车空调电源控制系统的控制电路主要以TMS320F2812型的DSP芯片为核心，外围搭配设计相关功能模块电路而构成，并且辅以对应控制系统程序模块的设计，实现空调电源系统的采集、控制以及输出等功能，从而稳定电源系统工作状态。　　本课题的主要研究工作内容: 　　(1)完成了机车空调电源主电路的设计:针对机车空调电源的特殊使用环境因素，进行两种主电路设计方案的分析比较，对二者都展开了研究以及设计，而且对电路中用到的器件加以选型，最终选用“斩波器—逆变器”方案。　　(2)完成了机车空调电源控制系统的硬件设计:以F2812型DSP芯片为核心，搭配若干外围辅助模块组成了控制系统整体电路，其中包括显示、信号采集、仿真接口、信号复位、时钟、电源供电以及保护电路等组成模块;最后详细研究了IGBT关于驱动信号的相关要求，而且研究并设计了功率驱动隔离电路。　　(3)完成了机车空调电源控制系统的软件设计:在F2812型DSP芯片的基础上实现了主程序与子程序相结合的模块化控制软件的整体设计，并且绘制了各个程序模块的程序流程图，从而完成相应程序模块的设计。其中，数字PID控制、针对采集信号的模数转换以及斩波-逆变两个电路开关控制信号的生成环节，是控制系统软件的核心功能。　　(4)完成了机车空调电源控制系统的实验验证:根据控制系统框架原理图搭建控制系统硬件电路，运行模块程序联机调试，记录主电路斩波-逆变电路中开关控制信号输出波形图，并且针对实验结果进行了数据分析，最终运行状态基本符合控制系统的性能指标要求。
作者：	郭峰
专业：	控制工程
导师：	张菊香;代礼前
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西安电子科技大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文