基于SVPWM矩阵变换器闭环控制系统的研究与设计

论文摘要

矩阵变换器作为交交直接变换的电力装置,具有功率因数高和良好的输入输出电流,无中间直流环节,易于实现能量双向流动等特点,被越来越多的学者所关注。本文首先对矩阵变换器的基本原理进行了详细的分析,并在此基础上对常用的几种矩阵变换器的调制策略进行了对比,采用空间矢量调制策略,确定矩阵变换器调制中的占空比和开关组合状态,在此基础上提出一种改进型的矩阵变换器空间矢量调制策略。针对矩阵变换器双向开关的组成形式,安全换流和输入滤波器等关键技术问题提出相应的解决方案,并针对死区问题提出了基于SVPWM的死区补偿方法。使用MATLAB/Simulink软件建立了矩阵变换器闭环控制系统的仿真模型,验证了双空间矢量调制策略正确性的基础上,分别在开环和闭环两种控制的条件下,对非正弦信号输入的矩阵变换器进行了仿真,验证了闭环控制的正确性和有效性,针对文章提出的死区补偿方案也使用MATLAB进行了仿真验证。设计了基于DSP和CPLD构成的矩阵变换器闭环控制系统,完成了矩阵变换器的主电路、控制电路和采样电路的设计,就相应的DSP和CPLD软件算法流程进行了设计,并通过实验样机进行实验验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 课题背景与国内外研究现状
• 1.4 论文内容与结构
• 第二章 矩阵变换器的空间矢量控制
• 2.1 矩阵变换器的基本原理
• 2.1.1 简化拓扑结构
• 2.1.2 矩阵变换器的等效分析
• 2.2 矩阵变换器的控制方法
• 2.2.1 Venturini方法
• 2.2.2 SPWM调制策略
• 2.2.3 SVPWM调制策略
• 2.3 矩阵变换器的SVPWM调制
• 2.3.1 虚拟逆变级空间矢量调制VSI
• 2.3.2 虚拟整流级空间矢量调制
• 2.3.3 矩阵变换器空间矢量调制
• 2.4 改进型矩阵变换器的SVPWM调制
• 2.5 本章小结
• 第三章 矩阵变换器关键技术研究
• 3.1 向开关选择
• 3.2 安全换流
• 3.2.1 安全换流问题的提出
• 3.2.2 传统换流方法
• 3.2.3 四步换流
• 3.2.4 换流的关键因素
• 3.3 死区问题的讨论
• 3.3.1 死区补偿方法
• 3.3.2 基于SVPWM的死区补偿方法
• 3.4 输入滤波器
• 3.5 本章小结
• 第四章 矩阵变换器闭环控制的建模与仿真
• 4.1 基于SVPWM矩阵变换器的闭环控制
• 4.2 矩阵变换器的仿真模型
• 4.2.1 仿真模型的总体结构
• 4.2.2 仿真模型的构成
• 4.2.3 仿真结果与分析
• 4.3 空间矢量调制死区补偿MATLAB仿真
• 4.4 本章小结
• 第五章 矩阵变换器闭环控制系统实验平台搭建
• 5.1 主电路设计
• 5.1.1 矩阵变换器开关矩阵设计
• 5.1.2 驱动电路设计
• 5.1.3 输入滤波器的设计
• 5.2 控制电路设计
• 5.2.1 DSP控制系统
• 5.2.2 复杂可编程逻辑器件CPLD
• 5.2.3 DSP与CPLD连接电路
• 5.3 采样电路的设计
• 5.4 基于DSP和CPLD控制算法的实现
• 5.4.1 SVPWM控制算法的实现
• 5.4.2 基于CPLD四步换流的实现
• 5.5 实验结果与分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的研究成果