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电压型PWM整流器反馈线性化控制方法的研究

放大字体  缩小字体发布日期:2012-08-03  浏览次数:650
核心提示:采用功率二极管或晶闸管的传统整流器,由于电路结构简单,控制技术成熟,一直占据着整流电路的主导地位。但随着绿色能源技术的发展,这种不控整流和相控整流的传统整流器的缺点也日益显现,包括了诸如能量利用率低,给电网注入大量的谐波电流,能量无法双向流动等缺点。
 【摘要】:采用功率二极管或晶闸管的传统整流器,由于电路结构简单,控制技术成熟,一直占据着整流电路的主导地位。但随着绿色能源技术的发展,这种不控整流和相控整流的传统整流器的缺点也日益显现,包括了诸如能量利用率低,给电网注入大量的谐波电流,能量无法双向流动等缺点。

于是,采用全控型器件作为开关器件的PWM整流器便应运而生。通过合理的PWM调制信号控制开关器件的开关动作,可以实现功率因数可调、网侧电流正弦化以及能量的双向传输,真正实现了电能的绿色变换,开启了能源利用的新篇章。但就其控制策略来说,从最初的间接电流控制,到直接电流控制,再到非线性控制,随着对整流器性能要求的不断提高,控制策略也不断发展进步。

本文就以较为前沿的非线性控制方法中的反馈线性化方法为控制策略,对电压型PWM整流器进行了全面的研究。 论文首先对PWM整流器的工作原理做出精要的分析,给出整流器电压电流矢量关系。针对开关动作和网侧电流的不同组合,分析PWM整流器的运行特性,并结合空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术,得出整流器开关管的具体动作及作用。同时针对三种坐标,分别建立PWM整流器的数学模型。 其次,对反馈线性化控制理论进行研究,给出输入状态反馈和输入输出反馈两种反馈线性化方法。并结合输入输出反馈线性化方法,推导出针对PWM整流器的控制方法并给出控制框图。最后通过对系统极点的配置,得到控制框图中的反馈系数。 再次,针对PWM整流器,在Matlab/Simulink下搭建系统的仿真模型,并在系统启动、负载变化、直流电压给定变化、存在周期性负载扰动这四种条件下给出传统PI控制和反馈线性化控制的仿真实验对比和分析。 最后,构建基于Infineon32位单片机TC1166的系统硬件平台,编写程序控制代码,对PWM整流器的反馈线性化控制方法进行实验验证。

实验结果表明,论文所提出的控制策略正确可行,系统具有良好的动、静态性能。

【学位授予单位】:哈尔滨工业大学

【学位级别】:硕士

【学位授予年份】:2010

【分类号】:TM461

【目录】: 摘要4-5

Abstract5-9

第1章 绪论9-17

1.1 课题背景及研究目的与意义9-10

1.2 PWM整流器研究现状及发展趋势10-14

1.2.1 PWM整流器发展概述11

1.2.2 电压型PWM整流器的控制策略11-14

1.3 PWM整流器其他控制方法及发展趋势14-15

1.4 论文研究的主要内容15-17

第2章 PWM整流器的工作原理及运行分析17-35

2.1 引言17

2.2 PWM整流器的工作原理17-20

2.2.1 工作原理概述17-18

2.2.2 电压电流矢量关系18-20

2.3 电压型PWM整流器运行分析20-28

2.3.1 整流器系统中的两种不同组合20-21

2.3.2 整流器运行分析21-23

2.3.3 基于SVPWM的整流器运行分析23-28

2.4 电压型PWM整流器的数学模型28-34

2.4.1 PWM整流器在abc坐标系下的数学模型29-31

2.4.2 PWM整流器在两相静止αβ坐标系下的数学模型31-32

2.4.3 PWM整流器在两相同步旋转dq坐标系下的数学模型32-34

2.5 本章小结34-35

第3章 PWM整流器的反馈线性化控制35-50

3.1 引言35

3.2 反馈线性化控制理论35-42

3.2.1 基本原理概述35-38

3.2.2 输入状态反馈线性化38-41

3.2.3 输入输出反馈线性化41-42

3.3 PWM整流器反馈线性化控制42-49

3.3.1 基于反馈线性化方法数学模型的建立42-44

3.3.2 输入输出反馈线性化控制44-47

3.3.3 输出反馈系数的确定47-49

3.4 本章小结49-50

第4章 整流器系统的仿真和系统实现50-71

4.1 引言50

4.2 仿真模型的搭建50-52

4.3 仿真结果及分析52-62

4.3.1 系统启动52-55

4.3.2 负载变化55-58

4.3.3 直流电压给定变化58-60

4.3.4 存在周期性负载扰动60-62

4.4 硬件平台构成62-64

4.5 软件设计64-68

4.5.1 配置GPTA产生PWM信号64-67

4.5.2 系统软件设计流程67-68

4.6 实验结果及分析68-70

4.7 本章小结70-71

结论71-72

参考文献72-76

附录76-77

攻读学位期间发表的学术论文77-79

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