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矩阵变换器的自抗扰闭环控制及实验研究

作　者: 杨亮
导　师: 杨俊华
学　校: 广东工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
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自抗扰控制器无刷双馈风力发电系统
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

矩阵变换器(MC)是一种新型的交-交功率变换器,和传统变换器相比具有：1)实现输出电压幅值、频率和网侧功率因数的独立控制；2)能同时提供正弦的输出电压和正弦的输入电流；3)输入电流可调节为超前、滞后或同相于输入电压；4)实现交-交直接变换,没有中间直流环节,能量可双向流动。鉴于以上优点,其在双馈调速和风力发电机组中具有重大的实际应用价值和广阔应用前景。在分析矩阵变换器的各种控制算法基础上,研究了矩阵变换器的自抗扰控制策略。针对矩阵变换器非线性强耦合的特点,分析了基于双空间调制策略的MC开环模型,构建了矩阵变换器在d-q坐标系上的电压闭环自抗扰控制(ADRC)模型。首先检测控制系统的三相输出电压,经过Park变换,转换为d-q坐标系下的d轴和q轴电压,分别应用ADRC控制器进行调节,然后将Park逆变换得到的三相电压作用于双空间矢量调制策略下的虚拟逆变器,实现电压闭环控制。仿真结果表明,ADRC控制策略受系统参数变化的影响较小,具有良好的动、静态性能及较强的鲁棒性。为进一步研究矩阵式变换器的原理与结构,实验室制作了一套功率为5KW的矩阵变换器样机,借助样机进一步研究分析了矩阵式变换器的原理结构、系统开环和闭环仿真、硬件设计、直接法和双电压调制策略的软件编程等工作,相关的实验工作进一步验证了矩阵变换器设计的正确性,为矩阵变换器的实际应用奠定了良好的基础。论文的研究工作得到了国家自然科学基金重点项目(60534040)：“分散式风力-太阳能发电系统的混合控制研究”、广东省科技计划(200911050400053)、广东省教育厅专项重点实验室(IDSYS200701)的资助。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
CONTENTS  10-13
第一章绪论  13-21
  1.1 课题研究的背景和选题意义  13-15
  1.2 矩阵变换器的发展过程  15-19
  1.3 课题的背景和来源  19
  1.4 论文研究的主要内容与安排  19-21
第二章矩阵变换器的基本理论  21-40
  2.1 引言  21-22
  2.2 矩阵变换器的直接控制  22-34
    2.2.1 直接传递函数法(Venturini法)  22-24
    2.2.2 直接传递函数法的开环仿真及其分析  24-25
    2.2.3 瞬时双电压合成法  25-34
      2.2.3.1 双电压合成法原理  25-31
      2.2.3.2 双电压合成开环仿真及结果分析  31-34
  2.3 矩阵变换器的间接控制算法  34-39
    2.3.1 逆变侧的输出电压空间矢量调制  34-36
    2.3.2 整流侧的输入电流空间矢量调制  36-37
    2.3.3 矩阵变换器输出电压和输入电流双空间矢量调制  37-38
    2.3.4 间接空间矢量仿真结果分析  38-39
  2.4 本章小结  39-40
第三章自抗扰控制器的基本原理  40-51
  3.1 引言  40
  3.2 经典PID控制器  40-41
  3.3 非线性PID控制器  41-44
  3.4 自抗扰控制器  44-47
    3.4.1 扩张状态观测器(ESO)  44-45
    3.4.2 非线性状态误差反馈律(NLSEF)  45-46
    3.4.3 自抗扰控制器的参数整定  46-47
  3.5 ADRC系统仿真实例  47-50
    3.5.1 自抗扰控制器一阶模型  47-48
    3.5.2 仿真与分析  48-50
  3.6 本章小结  50-51
第四章矩阵变换器的自抗扰控制策略研究  51-63
  4.1 矩阵变换器的闭环控制系统框图  51-52
  4.2 控制对象数学模型  52-54
  4.3 自抗扰控制器的设计  54-56
  4.4 仿真平台  56
  4.5 系统仿真模型  56-62
    4.5.1 主电路  57-58
    4.5.2 闭环反馈环节  58
    4.5.3 测量模块  58-59
    4.5.4 系统的控制算法  59-60
    4.5.5 仿真结果及分析  60-62
  4.6 本章小结  62-63
第五章矩阵变换器软硬件设计和实验研究  63-74
  5.1 矩阵变换器的总体设计  63-64
  5.2 矩阵变换器的主电路设计  64-65
  5.3 输出电流方向检测电路  65
  5.4 控制芯片的介绍  65-67
    5.4.1 TMS320LF2407A芯片概述  65-66
    5.4.2 EPM7128芯片概述  66-67
  5.5 矩阵变换器主控制的软件设计  67-71
    5.5.1 矩阵变换器主控制器基于Venturini直接法的软件设计  67-68
    5.5.2 矩阵变换器主控制器基于双电压合成策略的软件设计  68-71
  5.6 四部换流CPLD的软件设计  71-72
  5.7 矩阵变换器的实验研究  72-73
  5.8 本章小结  73-74
总结和展望  74-76
  1.总结  74
  2.展望  74-76
参考文献  76-83
攻读学位期间发表的论文  83-85
致谢  85-86
附录  86-90
  附录A  86-87
  附录B  87-88
  附录C  88-89
  附录D  89-90
  附录E  90

矩阵变换器的自抗扰闭环控制及实验研究

内容摘要

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