PWM整流器的PCH建模与控制

论文摘要

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。

论文目录

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