基于CAN总线的大功率整流控制器的研究与设计

论文摘要

对于大功率整流多机组并联系统,传统的控制方案中各整流控制器一般采用常规的PID控制,各控制器之间相互独立。在实际运行的时候,经常出现改变一个整流机组的电流时也同时影响了其他整流机组的电流,有时会出现整个系统电流波动很大,甚至引起整个系统震荡,且这样的系统的动态性能不高。首先,本文分析了大功率单机组整流系统的数学模型,得出大功率单机组整流系统是个非线性的系统;在此基础上,分析了两个机组并联的大功率整流系统的数学模型,得出两个机组之间存在耦合,并且存在非线性,从而推出大功率多个整流机组并联系统从整体上看是多变量的非线性系统。为了到达良好的动态和静态性能,这就需要解耦算法对其进行解耦控制。然后,提出了多变量系统的解耦方法,主要分为传统解耦方法、自适应解耦方法和智能解耦方法。由于以上方法都必须已知被控制对象的精确的数学模型,而大功率整流多机组并联整流系统的数学模型难以建立,且随着整流机组数的增加而变得复杂,因此本文不采用以上方法。本文采用多变量PID神经网络(MPIDNN),该算法在不需要知道被控对象精确的数学模型的前提下,利用神经元网络具有自学习和自适应能力来实现广义解耦和控制。文中还提出了MPIDNN前向算法和连接权重值的反传算法,并对MPIDNN多变量控制系统的收敛性和稳定性进行了分析,还提出了连接权重初值的选定方法。采用MATLAB建立了两个机组并联的大功率整流系统的仿真模型,并且分别采用了传统PID控制和MPIDNN控制,两者比较得出采用MPIDNN算法控制在多机组并联时能够完全实现解耦,具有良好的动态性能和静态性能。各整流机组一般需要独立的控制器,为了在各个控制器中实现MPIDNN算法来完成多机组协调控制,本文把各机组的控制器设计成多输入单输出的系统。各机组的输入不但包括本机组的电流给定值和反馈值信息,还必须知道其它机组的电流给定值和反馈值信息,并采用网络传递的方式传递各机组间的信息。由于CAN总线是支持多主站,实时性好的网络,可靠性高,结构简单的网络,本文采用CAN总线传递各整流机组的电流信息实现解耦控制。最后,本文提出了基于CAN总线的整流器的硬件和软件设计。硬件设计是采用16位单片机80C196KC作为整流控制器,和采用CAN协议控制器SJA1000与80C196KC相连实现CAN总线通讯;软件设计包括MPIDNN算法的设计和对CAN总线的软件设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景
• 1.3 国内外大功率整流的研究现状和水平
• 1.4 本论文主要研究内容
• 第二章 大功率整流多机组并联的数学模型分析
• 2.1 单机组大功率整流数学模型分析
• 2.1.1 单机组大功率整流系统结构
• 2.1.2 单机组大功率整流系统分析
• 2.1.3 单机组单机组大功率整流系统非线性分析
• 2.2 多机组并联系统结构分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 大功率整流控制算法研究
• 3.1 传统解耦方法
• 3.2 自适应解耦方法
• 3.3 智能解耦方法
• 3.3.1 神经网络解耦方法
• 3.3.2 模糊解耦方法
• 3.4 MPIDNN多变量解耦控制算法
• 3.4.1 MPIDNN多变量控制系统的前向计算方法
• 3.4.2 MPIDNN多变量控制系统的反传算法
• 3.4.3 MPIDNN多变量控制系统的收敛性和稳定性分析
• 3.4.4 MPIDNN连接权重初值的选取和等价系统
• 3.5 本章小结
• 第四章 大功率整流模型建立及系统仿真
• 4.1 仿真软件简介
• 4.2 仿真设计
• 4.2.1 采用传统PID控制器的大功率整流多机组并联仿真
• 4.2.2 采用MPIDNN控制的大功率多机组并联仿真
• 4.3 本章小结
• 第五章 基于CAN总线的大功率整流系统设计
• 5.1 单机组整流控制系统设计
• 5.2 多机组并联整流控制系统设计
• 5.3 CAN总线技术
• 5.3.1 CAN总线概述
• 5.3.2 CAN总线的电气特性
• 5.3.3 CAN总线的分层结构
• 5.3.4 CAN报文传送和帧结构
• 5.3.5 芯片介绍
• 5.4 控制器硬件设计
• 5.5 整流控制器软件设计
• 5.5.1 CAN总线的软件设计
• 5.5.2 MPIDNN算法设计
• 5.5.3 主程序算法设计
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 论文的创新点
• 6.3 进一步工作展望
• 参考文献
• 附录（攻读学位期间发表的论文）
• 致谢