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矩阵变换器的自调整模糊PID闭环控制

作　者: 刘大卫
导　师: 杨俊华
学　校: 广东工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 关键词 矩阵式变换器 双空间矢量控制策略 双电压合成调制策略 模糊控制器 PID控制器 修正函数 线性插值 协调因子
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


矩阵变换器(MC)是一种新型的直接交交功率变换装置,其优点是：1)输出电压和输入电流波形均为正弦波,谐波含量少；2)无中间直流环节,体积小,动态响应快、功率密度大；3)电能可双向流动；4)输出幅值、频率和网侧功率因数可独立控制；5)不同的控制规律,可实现整流、逆变等变换。在变频调速及变速恒频风力发电领域具有重大的实际应用价值。分析了矩阵变换器的基本结构、工作原理和换流问题,构建了矩阵变换器双电压控制算法和双空间矢量控制算法的仿真模型。为实现输出线电压10Hz到25Hz的频率变换,仿真分析了四种不同工况下的双电压控制算法、平衡及畸变下输入电压的双空间矢量控制算法,验证了双电压合成控制算法抗干扰能力更强。为改善矩阵变换器(MC)在负载不平衡工况下输出的稳定性,在分析了双空间矢量控制算法仿真模型的基础上,提出一类带修正函数的模糊PID闭环控制器。将矩阵变换器输出线电压进行park变换得到d-q坐标下的直流分量,利用改进的模糊PID控制器跟踪控制输出给定电压的d,q分量。修正函数为指数函数,以误差及增量为自变量,根据误差变化规律合理调整修正函数的参数。为消除系统稳态误差,提高模糊控制器控制精度,融入线性插值算法,利用协调因子改变模糊控制和PID控制输出权重。仿真结果表明,该策略可改善系统的控制品质,使MC获得良好的动、静态性能。实验室制作了一台功率为5kW的矩阵变换器用于实验研究。借助样机,分析了矩阵变换器的总体结构、系统仿真、主电路、控制电路等相关硬件的工作原理。实现了矩阵变换器双空间矢量算法软件编程及实验,结果验证了矩阵变换器设计的正确性和可行性。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
CONTENTS  10-12
第一章 绪论  12-18
  1.1 课题研究的背景及选题意义  12-13
  1.2 矩阵变换器的研究历程  13-14
  1.3 矩阵变换器国内外研究现状  14-17
    1.3.1 国外研究现状  14-15
    1.3.2 国内研究现状  15-17
  1.4 论文研究的主要工作和安排  17-18
第二章 矩阵变换器的基本理论  18-32
  2.1 引言  18
  2.2 矩阵变换器的基本原理  18-21
    2.2.1 矩阵变换器的基本拓扑结构  18-19
    2.2.2 矩阵变换器的双向开关构成  19-21
  2.3 矩阵变换器的数学模型分析  21-23
  2.4 矩阵变换器的换流策略  23-29
    2.4.1 半软化四步换流  24-25
    2.4.2 半自然两步换流  25-27
    2.4.3 强迫一步换流  27-28
    2.4.4 三种换流策略的性能比较  28-29
  2.5 矩阵变换器的调制策略  29-31
  2.6 本章小结  31-32
第三章 矩阵变换器开环控制  32-48
  3.1 双电压合成控制算法研究  32-41
    3.1.1 双电压控制算法基本原理  32-38
    3.1.2 双电压控制算法仿真及结果分析  38-41
  3.2 双空间矢量控制算法研究  41-47
    3.2.1 双空间矢量算法基本原理  42-45
    3.2.2 双空间矢量算法仿真及结果分析  45-47
  3.3 本章小结  47-48
第四章 矩阵变换器闭环控制  48-65
  4.1 模糊控制基本原理  48-53
    4.1.1 模糊化  49-50
    4.1.2 模糊决策逻辑  50-52
    4.1.3 解模糊  52-53
  4.2 改进型自调整模糊PID控制系统  53-59
    4.2.1 模糊控制规则自调整  54-56
    4.2.2 线性插值算法和PID控制  56-58
    4.2.3 控制系统仿真及分析  58-59
  4.3 矩阵变换器的自调整模糊PID控制系统  59-60
  4.4 自调整模糊PID控制算法仿真分析  60-64
  4.5 本章小结  64-65
第五章 矩阵变换器的软件和硬件设计  65-73
  5.1 矩阵变换器的总体设计  65-66
  5.2 矩阵变换器主电路设计  66-67
  5.3 控制芯片介绍  67-68
    5.3.1 TMS320LF2407A芯片概述  67-68
    5.3.2 EPM7128S芯片概述  68
  5.4 矩阵变换器的软件设计  68-72
    5.4.1 双空间矢量控制算法DSP软件设计  68-70
    5.4.2 双空间矢量控制算法CPLD软件设计  70-71
    5.4.3 双空间矢量算法的实验结果  71-72
  5.5 本章小结  72-73
总结与展望  73-75
  1.总结  73
  2.展望  73-75
参考文献  75-82
攻读学位期间发表的论文  82-84
致谢  84

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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
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