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电压型PWM整流器反馈线性化控制方法的研究

作　者: 张清石
导　师: 李铁才；杨贵杰
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: PWM整流器 反馈线性化控制 传统PI控制
分类号: TM461
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 223次
引　用: 2次
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
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
致谢  79

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器 > 整流器
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