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伴随我国各类军用、民用新机型的涌现,机载用电设备的种类和数量大幅增加。未经飞机供电特性适应性验证的机载用电设备可能会对飞机供电系统产生很大负面影响,甚至严重威胁飞机飞行安全。因此,为检验机载用电设备的电源适应性,论文研制了一种采用多电平逆变技术的单相可编程交流电源,该电源不仅能够输出频率和幅值大范围可调的正弦交流电压,而且可以在输出电压中叠加可控的谐波与直流分量,能够实现对飞机电网多种运行状态的模拟。论文首先进行了多电平逆变技术的仿真研究,以MATLAB/SIMULINK为仿真平台搭建了2H桥和3H桥对比验证仿真模型,仿真结果表明相比于3H桥,2H桥作为基本逆变单元时逆变器输出电压不会产生换路失真现象;搭建了基于载波移相PWM控制策略的九单元2H桥逆变仿真模型,仿真结果验证了2H桥串联级联逆变器能够消除特定谐波的特性;搭建了基于直接数字频率合成技术的调制波发生器仿真模型,仿真结果显示了频率控制字截断误差和基准定时器频率误差造成的影响,并由此提出了调制波发生器优化方案。在上述研究的基础上,论文提出了多电平可编程交流电源总体方案,采用五单元2H桥串联级联逆变电路作为电源主功率拓扑,应用载波移相PWM控制方法作为电源控制策略,利用直接数字频率合成技术产生电源所需的调制波形。根据总体方案利用MATLAB/SIMULINK仿真平台搭建了多电平可编程交流电源的仿真模型,并针对电源稳定输出功能模式和扰动输出功能模式分别进行了仿真分析,仿真结果表明所设计方案满足电源功能需求和技术指标要求。借助仿真分析结果,完成了硬件与软件设计。硬件设计采用“背板+功能子板”的设计结构,以“DSP+FPGA”双CPU最小系统为控制核心,分析了主要电路的运行原理,并给出了电路的关键参数及其选择方法;软件设计遵照总体方案的功能需求分析,给出了DSP程序流程图和FPGA程序的顶层原理框图,并完成了程序调试。最后,研制了多电平可编程交流电源原理样机,并对样机进行了功能实验验证,实验结果表明所设计的多电平可编程交流电源可以实现所需功能。