基于鲁棒控制技术的逆变电源设计

论文摘要

当前,航空、工业、通信等部门对DC/AC逆变器所提供的电能质量的需求越来越高。为了满足日益增长的需要,本文对逆变电源中现有控制技术在应用中出现的给定信号与反馈信号存在相位差、宽负载变化带来输出谐波含量增加等难点问题进行了认真分析的基础上,将新型的控制技术与数字信号处理(DSP)技术运用于逆变电源的控制系统设计中。其具体设计过程如下:首先,对三种典型逆变拓扑的工作原理进行研究,并在此基础上,结合实际需要,本文提出了前级DC/DC采用先并后串、后级DC/AC采用鲁棒控制策略的系统总体设计方案,并在此方案的基础上对功率电路中功率管、高频变压器、滤波电感及电容等进行了选择及相关计算。其次,在所设计的主电路的基础上,提出了把H∞鲁棒控制思想应用于逆变电源控制器中去。在电压单环H∞鲁棒控制器设计时,将以跟踪正弦信号代替以往以阶跃脉冲输出响应指标作为最终的控制目标,使得输出与参考输入存在相位差的问题得到了解决。通过运用目前业界普遍使用两种仿真软件——Saber、Matlab软件对系统DC/DC、DC/AC电路分别进行了仿真验证。最后,对DSP(TMS320LF2407A)在逆变电源控制器的应用进行了比较详细的阐述,其中包括DSP硬件外围电路设计、软件总体结构设计以及相关波形发生的软件设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 逆变技术的发展
• 1.3 逆变电源控制技术研究现状
• 1.4 逆变电源数字控制技术应用研究现状
• 1.4.1 国内外应用研究现状
• 1.4.2 目前应用研究中存在的问题
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 第2章 逆变电源功率电路设计
• 2.1 逆变电源设计步骤
• 2.2 设计指标及要求
• 2.3 逆变电源总体方案设计
• 2.3.1 典型主电路拓扑分析与比较
• 2.3.2 逆变电源总体方案确定
• 2.4 主电路参数设计
• 2.4.1 开关频率的选择
• 2.4.2 高频变压器参数计算
• 2.4.3 高频整流管的选取
• 2.4.4 滤波电路的设计
• 2.4.5 功率管的选择
• 2.4.6 共模、差模滤波电路参数设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 控制器设计
• 3.1 SPWM 调制方式的分析与比较
• 3.1.2 单级性SPWM 调制
• 3.1.3 调制方式比较
• 3.2 逆变器数学建模
• 3.3 带负载滤波器建模
• 3.4 不同负载对被控系统的影响分析
• 3.5 被控对象不确定描述
• ∞控制在输出控制系统中的应用'>3.6 H_∞控制在输出控制系统中的应用
• 3.6.1 控制问题的H∞控制标准化
• 3.6.2 广义被控对象的求取
• ∞控制器的设计'>3.7 输出反馈H_∞控制器的设计
• 3.7.1 闭环系统的主要设计要求
• 3.7.2 权函数的选取
• ∞输出反馈控制器的综合'>3.7.3 H_∞输出反馈控制器的综合
• 3.8 本章小结
• 第4章 电源系统仿真
• 4.1 仿真软件的选择
• 4.1.1 各种仿真软件的优缺点比较
• 4.1.2 Saber 软件的介绍
• 4.3 DC/AC 仿真电路及结果
• 4.3.1 DC/AC 稳态分析
• 4.3.2 DC/AC 带阶跃噪声时的仿真电路及结果
• 第5章 控制系统软硬件实现
• 5.1 DSP 芯片的特点与选取
• 5.2 控制系统硬件设计
• 5.2.1 前级SG3525 的控制系统设计
• 5.2.2 TM5320LF2407A 的硬件系统设计
• 5.3 辅助电源电路设计
• 5.4 DSP 系统软件设计
• 5.4.1 系统软件总体结构
• 5.4.2 相关数字波形的生成
• 5.4.3 A/D 转换
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢