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PWM整流器的PCH建模与控制

作　者: 臧元强
导　师: 于海生
学　校: 青岛大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: PWM整流器哈密顿系统状态误差空间矢量
分类号: TM461
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

目前,在各个领域的电能变换中,整流器扮演了重要的角色,但是大量使用的整流环节由于技术原因而对电网造成了污染。整流器的PWM控制技术成为了研究与应用的热点,相应的控制策略与算法的研究也发展迅速,PWM整流器的优点更加明显,实现了：电能变换的高功率因数运行；输出电压质量良好；减少了无功功率与谐波对电网的污染；实现了能量的双向流动,提高了能源的利用率。本文将能量的观点引入到PWM整流器的控制中,系统基于状态误差PCH模型的能量成形控制方法成为本文的讨论的重点,并分别就PWM整流器电流控制策略与直接功率控制策略进行了研究。第一,根据已有的三相电压型PWM整流器在abc,αβ, dq坐标系下的数学模型,应用无源性控制理论,将整流器的模型用端口受控耗散哈密顿(PCH)模型重新描述,介绍了PCH系统的能量成形控制方法及状态误差PCH控制器的求取方法。第二,对PWM整流器的PCH系统,分别就电流控制与直接功率控制策略设计了状态误差PCH控制器,并引入输出电压误差的比例积分控制来提高系统的性能,并分析了系统在平衡点处的稳定性。第三,深入了解了PWM整流器系统的SPWM、SVPWM实现,并利用仿真软件Matlab/simulink对PWM整流器系统建立了结构模型并进行了仿真,对仿真结果进行了对比分析,结果验证了所提出控制方法完成了预期的控制目标,并具有良好的可行性。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-6
第一章绪论  6-16
  1.1 课题研究的目的及意义  6-7
  1.2 PWM整流器的国内外研究动态  7-13
    1.2.1 PWM整流器的主电路  7
    1.2.2 PWM整流器的控制电路  7-8
    1.2.3 电压型PWM整流器系统控制策略  8-13
  1.3 能量成形控制方法的国内外研究动态  13-15
    1.3.1 无源性控制方法  13-14
    1.3.2 端口受控耗散哈密顿系统的能量成形控制方法的应用  14-15
  1.4 课题研究的主要内容  15-16
第二章理论基础  16-22
  2.1 无源性与耗散性  16-18
    2.1.1 无源性  16-17
    2.1.2 耗散性  17
    2.1.3 无源性与反馈互联  17-18
  2.2 无源性与能量成形  18
  2.3 端口受控耗散哈密顿系统  18-20
    2.3.1 欧拉—拉格朗日方程和哈密顿方程  18-19
    2.3.2 端口受控哈密顿(PCH)系统  19-20
    2.3.3 端口受控耗散哈密顿(PCHD)系统  20
  2.4 PCHD系统的能量成形控制方法  20-21
  2.5 本章小结  21-22
第三章三相PWM整流器状态误差PCH的研究  22-39
  3.1 三相电压型PWM整流器的拓扑结构及原理  22-23
  3.2 三相电压型PWM整流器的运行分析  23-28
  3.3 三相电压型PWM整流器的数学模型  28-33
  3.4 三相电压型PWM整流器的PCH模型  33
  3.5 三相电压型PWM整流器的状态误差PCH控制器的设计  33-38
    3.5.1 状态误差PCH系统控制原理及控制器设计  33-35
    3.5.2 系统的控制目标和期望平衡点  35-37
    3.5.4 比例积分控制作用的引入  37-38
    3.5.5 控制器的稳定性分析  38
  3.6 本章小结  38-39
第四章三相电压型PWM整流器的直接功率PCH控制的研究  39-46
  4.1 三相电压型PWM整流器的瞬时功率模型  39-41
  4.2 三相电压型PWM整流器的功率PCH模型  41-42
  4.3 三相电压型PWM整流器的直接功率PCH控制器的设计  42-45
    4.3.1 系统的控制目标和期望平衡点  42-43
    4.3.2 功率PCH控制器的求取  43-45
    4.3.3 引入比例积分控制作用  45
    4.3.4 功率PCH控制器的稳定性分析  45
  4.4 本章小结  45-46
第五章三相电压型PWM整流器状态误差PCH控制的仿真研究  46-64
  5.1 三相电压型PWM整流器的SPWM实现以及仿真模型的搭建  46-53
    5.1.1 正弦波脉宽调制SPWM实现  46-48
    5.1.2 三相PWM整流器状态误差PCH控制的SPWM实现及仿真  48-53
  5.2 三相电压型PWM整流器的SVPWM实现以及仿真模型的搭建  53-58
    5.2.1 电压空间矢量SVPWM的实现  53-56
    5.2.2 三相电压型PWM整流器整体SVPWM仿真模型的建立  56-58
  5.3 三相电压型PWM整流器的SVPWM的仿真结果及分析  58-62
    5.3.1 基于状态误差PCH控制的SVPWM的仿真结果及分析  58-61
    5.3.2 基于功率PCH控制的SVPWM的仿真结果及分析  61-62
  5.4 仿真结果的比较  62-63
  5.5 本章小结  63-64
第六章三相电压型PWM整流器状态误差PCH控制与矢量控制的对比  64-70
  6.1 三相电压型PWM整流器矢量控制的实现  64-65
  6.2 三相电压型PWM整流器矢量控制仿真模型的搭建  65-68
  6.3 三相电压型PWM整流器两种控制结果对比分析  68-69
  6.4 基于状态误差PCH控制与状态PCH控制的对比  69
  6.5 本章小结  69-70
结论  70-72
参考文献  72-77
攻读硕士学位期间的研究成果  77-78
致谢  78-79

PWM整流器的PCH建模与控制

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