2017 年全国大学生电子设计竞赛试题-微电网模拟系统(A题)

微电网模拟系统-参考论文--by电子狂牛中文简要本文论述是一种采用STC15F2K60S2单片机为核心的SPWM逆变电源，单片机通过自然数查表法控制内部的3路硬件PWM模块生成SPWM脉冲信号，采用双极性调制方案驱动三相全桥逆变电路，输出经LC低通滤波器滤波，最后在负载上得到稳定的正弦波交流电。

其正弦波输出频率由单片机内部程序控制调节。

另外本系统外接按键，按键能设定开始与停止。

关键词：SPWM，双极性调制，三相逆变，STC单片机Design of a Single-phase Inverter Power SupplyAbstractThis article discusses a use PIC16F1937 microcontroller core of SPWM inverter, two internal microcontroller hardware PWM module generates SPWM pulse signal modulation scheme bipolar drive three-phase full-bridge inverter circuit controlled by a natural number look-up table, Output by the LC low-pass filter, and finally get a stable sine wave AC to the load. Its sine wave output frequency is adjusted by program control MCU. In addition the system external buttons and LCD screen, power button can be set to start and stop, the LCD screen can display real-time input voltage and output current, output sine wave frequency, so that the security and stability of the system has been greatly improved.Key words: SPWM, bipolar modulation, phase inverter, PIC microcontroller目录前言 (5)1.1 研究目的及要求 (5)1.2 相关研究现状及前景 (5)1.3内容章节概述 (6)系统分析 (7)2.1 逆变器的基本概念与工作原理 (7)2.1.1正弦波逆变器的电路构成 (7)2.1.2常用的逆变器调压方法： (7)2．2逆变器的基本类型 (7)2．3 PWM控制技术 (8)3．1总体原理图 (11)3．2电路原理图 (12)3．2．1单片机的选择 (12)3．2．2 滤波电路 (12)3 ．2．5 场效应管的选择 (13)3．3小结 (14)4 程序设计 (15)4．1 程序选择说明 (15)4．2 SPWM查表 (15)5.1 系统仿真 (18)5.2实物照片 (19)5．2单片机输出波形测试 (19)5．2．1测试仪器 (19)5.1 示波器 (20)5．2．2测试方法 (20)5．2．3测试结果 (20)5．4测试结论 (21)6总结 (22)6.1 结论总结 (22)附录： (23)程序代码 (23)前言1.1 研究目的及要求掌握正弦波逆变器的电路的组成，重点明白其中中各元器件的原理及用处，对正弦波逆变电路在电阻负载、电阻电感负载是的工作情况及其波形作全面分析，并研究工作频率对电路工作波形的影响。

第九届（2009年）全国大学生电子设计竞赛题目 光伏并网发电模拟装置（A 题）【本科组】一、任务设计并制作一个光伏并网发电模拟装置，其结构框图如图1所示。

用直流稳压电源U S和电阻R S 模拟光伏电池，U S =60V ，R S =30Ω~36Ω；u REF 为模拟电网电压的正弦参考信号，其峰峰值为2V ，频率f REF 为45Hz~55Hz ；T 为工频隔离变压器，变比为n 2:n 1=2:1、n 3:n 1=1:10，将u F 作为输出电流的反馈信号；负载电阻R L =30Ω~36Ω。

R LU S图1 并网发电模拟装置框图二、要求 1．基本要求（1）具有最大功率点跟踪（MPPT ）功能：R S 和R L 在给定范围内变化时，使d S 12U U =，相对偏差的绝对值不大于1%。

（2）具有频率跟踪功能：当f REF 在给定范围内变化时，使u F 的频率f F =f REF ，相对偏差绝对值不大于1%。

（3）当R S =R L =30Ω时，DC-AC 变换器的效率η≥60%。

（4）当R S =R L =30Ω时，输出电压u o 的失真度THD ≤5%。

（5）具有输入欠压保护功能，动作电压U d （th ）=（25±0.5）V 。

（6）具有输出过流保护功能，动作电流I o （th ）=（1.5±0.2）A 。

2．发挥部分（1）提高DC-AC 变换器的效率，使η≥80%（R S =R L =30Ω时）。

（2）降低输出电压失真度，使THD ≤1%（R S =R L =30Ω时）。

（3）实现相位跟踪功能：当f REF 在给定范围内变化以及加非阻性负载时，均能保证u F 与u REF 同相，相位偏差的绝对值≤5°。

（4）过流、欠压故障排除后，装置能自动恢复为正常状态。

（5）其他。

三、说明1．本题中所有交流量除特别说明外均为有效值。

2．U S 采用实验室可调直流稳压电源，不需自制。

微电网模拟系统本系统分为两个三相逆变系统，逆变器 1 采用软件生成三相spwm 波，通过IR2110 驱动MOS 管，最后通过LC 滤波产生三相正弦波，通过电压传感器反馈输出交流的有效值给单片机，软件通过采样得到的有效值进行PID 控制算法，来控制SPWM 波，达到稳压的目的。

逆变器 2 电路主拓扑与逆变器一样，控制方法采用了硬件三相滞环比较型电流跟踪法。

可以输出恒定的交流电流，通过采集逆变器1 的电流波形，送入逆变器 2 控制系统的调制波输入，逆变器2 输出电流就会跟踪调制波的波形，达到同频同相的目的，通过控制调制波的的放大系数，可以改变两个逆变器的电流比，让两个逆变的电流比值恒定。

标签：三相逆变器;交流并联供电;SPWM 控制;滞环跟踪控制1 系统方案对竞赛题目进行分析，由于题目要求逆变器输出线电压的负载调整率低于0.3%，可见逆变器并联供电的时候必须保证输出线电压恒定。

另一方面，题目要求两个逆变器在输出时能够做到功率分配的控制，也就说明逆变器必须也能够有效地控制各自的输出电流。

需要同时实现并联系统三相输出的恒压和各逆变器的恒流控制，是本次竞赛题目的难点所在。

下面则针对于本题的要求，对控制方法的方案设计进行讨论。

控制方法的论证与选择为了解决题目要求的对输出线电压的恒压控制，并做到对各个逆变器的恒流控制，可以考虑对两个逆变器采用不同的控制策略。

对逆变器 1 做恒定线电压的闭环控制，在负载不变的情况下，并联系统输出的总电流是恒定的。

在此基础上，对逆变器2 做恒流并网控制，将逆变器 1 的输出视为主电网，控制逆变器2 的输出并网电流恒定。

那么只要使得逆变器2 的给定电流与总电流之间保持一定的比例关系，就可以保证逆变器 1 和逆变器 2 的输出电流能够按照设定的比例分配。

但是对于两个逆变器的控制方案，也有多种选择，下面分开进行讨论：方案一：采用单片机控制两个逆变器，在输出进行反馈两路电压电流信号进入单片机，采用PID 算法控制定时器输出占空比，从而控制输出电流和电压，方法简单，容易实现。

全国大学生电子设计竞赛试题(1-8届)第一届（1994年）全国大学生电子设计竞赛题目题目一简易数控直流电源一、设计任务设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。

其原理示意图如下：二、设计要求1．基本要求（1）输出电压：范围0～＋9.9V，步进0.1V，纹波不大于10mV；（2）输出电流：500mA；（3）输出电压值由数码管显示；（4）由“＋”、“－”两键分别控制输出电压步进增减；（5）为实现上述几部件工作，自制一稳压直流电源，输出±15V，＋5V。

2．发挥部分（1）输出电压可预置在0～9.9V之间的任意一个值；（2）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V不变）；（3）扩展输出电压种类（比如三角波等）。

三、评分意见项目得分基本要求方案设计与论证、理论计算与分析、电路图30 实际完成情况50 总结报告20发挥部分完成第一项 5 完成第二项15 完成第三项20题目二多路数据采集系统一、设计任务设计一个八路数据采集系统，系统原理框图如下：主控器能对50米以外的各路数据，通过串行传输线（实验中用1米线代替）进行采集的显示和显示。

具体设计任务是：（1）现场模拟信号产生器。

（2）八路数据采集器。

（3）主控器。

二、设计要求1．基本要求（1）现场模拟信号产生器：自制一正弦波信号发生器，利用可变电阻改变振荡频率，使频率在200Hz～2kHz范围变化，再经频率电压变换后输出相应1～5V直流电压（200Hz对应1V，2kHz对应5V）。

（2）八路数据采集器：数据采集器第1路输入自制1～5V直流电压，第2～7路分别输入来自直流源的5，4，3，2，1，0V直流电压（各路输入可由分压器产生，不要求精度），第8路备用。

将各路模拟信号分别转换成8位二进制数字信号，再经并/串变换电路，用串行码送入传输线路。

（3）主控器：主控器通过串行传输线路对各路数据进行采集和显示。

采集方式包括循环采集（即1路、2路……8路、……1路）和选择采集（任选一路）二种方式。

2017年全国大学生电子设计竞赛远程幅频特性测试仪（H题）2017年08月12日摘要本幅频特性测试装置采用STM32F407为主控芯片，通过集成DDS芯片AD9959作为信号源，实现了幅度和频率的动态可调；通过级联两块AD8367作为放大器，实现了增益0-40dB连续可调,具有较好的噪声抑制效果；通过AD8310对数检波模块，实现了不同频率信号幅度的测量，并且能够定性的绘制出幅频特性曲线.关键词：幅频特性测试装置；DDS；VGA；低噪；对数检波AbstractThe amplitude frequency characteristic test device uses STM32F407 as the main control chip, through the integrated DDS chip AD9959 as the signal source, to achieve the amplitude and frequency of the dynamic adjustable; through the cascade of two AD8367 as an amplifier, to achieve a gain of 0-40dB continuously adjustable , With good noise suppression effect; through the AD8310 logarithmic detection module, to achieve a different frequency signal amplitude measurement, and can qualitatively draw the amplitude and frequency characteristics of the curve. Keyword: amplitude frequency characteristic test device；DDS;VGA;low noise；logarithmic detection目录一．方案论证.................................................................................................................. １．１方案比较与选择.......................................................................................... １．２方案描述......................................................................................................二．理论分析与计算........................................................................................２．１DDS模块..................................................................................................... ２．２放大器模块.................................................................................................. ２．３幅值测量模块..............................................................................................2. 4 π型衰减网络三．电路与程序设计........................................................................................３．１电路设计...................................................................................................... ３．2程序设计........................................................................................................四．测试方案与测试结果 ............................................................................... 五．结论............................................................................................................................远程幅频特性测试装置（H题）一.系统方案1.方案比较与选择1）信号源模块：方案一：采用直接数字频率合成（DDS）方案。