基于智能控制器的双级矩阵变换器闭环控制研究

论文摘要

双级矩阵变换器（Two-Stage Matrix Converter,简称TSMC）不仅继承了常规矩阵变换器（Conventional Matrix Converter,简称CMC）的优良特性,而且具有开关器件较少、换流简单可靠等优点,因此成为更具发展潜力的新型变换器。在实际应用中,由于TSMC无中间储能元件,电网电压波动、负载扰动等都会对其输出电压产生影响;另外,由于受器件性能、计算误差或随机扰动等影响,都会直接引起TSMC输出电压的不稳定。针对以上情况,本文对TSMC输出电压的闭环控制策略展开研究,使TSMC克服以上扰动带来的影响。TSMC运行于开关状态,是一个非线性系统,难以建立精确的数学模型,虽然常规PI控制器由于其结构简单,调整方便,稳定性好等优点被广泛应用于过程控制和运动控制中,但对于具有时变、非线性特性的被控对象的适应性较差。因此,有必要引入与被控对象模型无关、广泛适用于非线性系统控制的智能控制技术,以提高TSMC闭环控制的性能。神经元具有自学习、自适应能力,控制过程中不依赖于控制对象的数学模型。本文提出了一种基于神经元PID控制器的TSMC闭环控制策略。通过3s/2r变换,将双级矩阵变换器的交流输出电压反馈量和给定量转换为dq坐标上的直流量,利用神经元PID控制器对输出电压给定进行跟踪控制。同时,利用专家控制或模糊控制对神经元PID控制器的增益进行在线调节,以完善控制器的性能。仿真结果表明,与采用常规PID控制器的TSMC闭环控制系统响应相比,神经元PID控制的系统响应动、稳态性能良好,并具有较强的鲁棒性。同时,论文还设计了以TMS320LF2407评估板为控制核心的TSMC实验平台,并对其调制策略进行了验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 常规电力变换器
• 1.2 矩阵变换器
• 1.3 双级矩阵变换器
• 1.4 双级矩阵变换器输出电压控制策略的意义及研究现状
• 1.5 智能控制技术在电力电子技术中的应用
• 1.6 智能PID 控制器
• 1.7 论文的主要工作
• 第二章 双级型矩阵变换器的调制策略及其闭环控制
• 2.1 常规矩阵变换器到双级矩阵变换器的演变
• 2.2 双级矩阵变换器的调制策略
• 2.2.1 整流级无零矢量的空间矢量调制策略
• 2.2.2 逆变级的空间矢量调制策略
• 2.3 双级矩阵变换器的零电流换流策略
• 2.4 双级矩阵变换器的仿真研究
• 2.4.1 仿真模型的建立
• 2.4.2 仿真结果及分析
• 2.5 双级矩阵变换器输出电压的闭环控制策略
• 2.6 基于PI 控制器的双级矩阵变换器闭环控制仿真研究
• 2.6.1 仿真模型的建立
• 2.6.2 仿真实验结果分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 基于智能控制器的双级矩阵变换器闭环控制策略
• 3.1 智能PID 控制简介
• 3.2 神经网络基础
• 3.2.1 单神经元模型
• 3.2.2 神经网络的学习规则
• 3.3 神经元PID 控制器
• 3.3.1 常规PID 控制器与神经元PID 控制器的关系
• 3.3.2 神经元PID 控制系统及其学习算法
• 3.3.3 基于专家调节增益的神经元PID 控制
• 3.3.4 基于模糊调节增益的神经元PID 控制
• 3.4 基于神经元PID 控制的双级矩阵变换器闭环控制系统仿真研究
• 3.4.1 仿真模型的建立
• 3.4.2 基于专家调节增益的神经元PID 控制闭环系统仿真实验
• 3.4.3 基于模糊调节增益的神经元PID 控制闭环系统仿真实验
• 3.5 本章小结
• 第四章 双级矩阵变换器实验平台的设计与制作
• 4.1 系统组成结构
• 4.2 硬件设计
• 4.2.1 TM5320F2407 评估板（EVM）
• 4.2.2 驱动电路的设计
• 4.2.3 主电路的设计
• 4.2.4 隔离电源的设计
• 4.2.5 同步过零检测电路的设计
• 4.3 软件设计
• 4.3.1 主程序
• 4.3.2 捕捉中断子程序
• 4.3.3 下溢中断子程序
• 4.4 样机实验
• 4.5 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读硕士学位期间公开发表的论文）
• 附录B（攻读硕士期间参与的科研项目）
• 附录C（实验装置）