基于中频发电机组的混沌特性分析及其控制研究

论文摘要

中频发电机在各种发电系统中有着十分重要的用途,它既可以直接作为中频电源,又可以经整流后作为直流电源,也可以在大型发电系统中作为励磁电源。中频发电机的优势在于可以作为移动式高性能电源为各种特殊环境、特殊条件下的用电系统提供高性能、稳定、可靠的电力能源。励磁控制器是发电机组的重要组成部分,对其安全稳定运行有着重要影响。因此发电机励磁器的研究是中频发电机供电技术发展的关键问题。本论文是以东北大学和某航天科技集团联合开发的中频发电机组励磁控制器为研究基点,以dsPIC30F6010A作为控制芯片,设计了针对75kW中频发电机的基于同步斩波技术的励磁控制器。励磁控制器的励磁回路采用了新的励磁方式,以MOSFET为开关管的同步斩波电路代替传统的晶闸管励磁电路,结合dsPIC30F6010A可以更好的控制中频发电机组稳定运行。同步斩波电路是强非线性电路系统,有着丰富的动力学行为。在一定的参数条件下,会产生混沌现象。同步斩波电路作为励磁主电路,为励磁绕组提供励磁电流,它的稳定对于发电机组的稳定有着十分重要的影响。所以对这种非线性电路系统混沌现象的分析和研究十分重要,同时也可以更好的对电力电子电路的行为深入了解,便于工程设计。本文主要完成了以下几个方面的工作：1.通过对中频发电机组运行特性的研究,提出了中频发电机励磁调节器总体方案。2.以dsPIC30F6010A为核心控制器,采用交流采样技术,设计了以同步斩波电路控制发电机励磁电流的励磁控制器。3.以同步斩波电路为研究对象,分别建立了其连续状态空间方程模型和离散迭代映射模型,对其进行了仿真研究,画出了分岔图,揭示了其在一定条件下的分叉和混沌行为。利用Jacobi矩阵进行了稳定性分析,与仿真的结果完全一致。4.研究同步斩波电路处于混沌态时的特点,分别采用参数扰动法及延时反馈控制法对同步斩波电路进行混沌控制研究。分析、比较了每种控制方法的特点及控制效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 中频发电机简介
• 1.2 中频发电机励磁控制系统的作用及发展现状
• 1.2.1 中频发电机励磁控制系统的作用
• 1.2.2 同步发电机励磁控制系统的发展现状
• 1.3 DC/DC变换器中分岔与混沌现象研究现状
• 1.4 混沌基础及其理论
• 1.4.1 混沌的定义
• 1.4.2 混沌的基本特点
• 1.5 论文研究的主要内容及意义
• 第2章 中频发电机励磁控制器的设计
• 2.1 中频发电机励磁控制器功能要求
• 2.2 中频发电机励磁控制器总体设计方案
• 2.2.1 发电机组结构
• 2.2.2 控制芯片的选择与介绍
• 2.2.3 主电路分析与选择
• 2.2.4 励磁控制器控制方式的选择
• 2.2.5 励磁控制器总体设计方案
• 2.3 励磁控制器硬件设计
• 2.3.1 同步斩波电路设计
• 2.3.2 工作电源电路
• 2.3.3 采集模块
• 2.3.4 MOSFET驱动与过流保护电路
• 2.3.5 开关量输入输出电路
• 2.3.6 绝缘电阻测量电路
• 2.3.7 串行通信电路
• 2.4 可靠性与抗干扰设计
• 2.4.1 概述
• 2.4.2 抗干扰设计的基本原则
• 2.4.3 本文所用到的抗干扰措施
• 2.5 本章小结
• 第3章 同步斩波电路的分岔与混沌研究
• 3.1 分岔和稳定性理论
• 3.1.1 分岔理论
• 3.1.2 稳定性理论
• 3.2 同步斩波电路混沌研究的建模和分析方法
• 3.2.1 同步斩波电路混沌研究的方法
• 3.2.2 同步斩波电路分岔和混沌现象分析方法
• 3.3 励磁控制器的非线性动力学方程
• 3.4 分岔与混沌仿真
• 3.5 稳定性分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 同步斩波电路的混沌控制研究
• 4.1 混沌控制技术简介
• 4.2 同步斩波电路混沌控制仿真研究
• 4.2.1 参数扰动控制方法
• 4.2.2 反馈控制法
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 论文结论
• 5.2 论文展望
• 参考文献
• 致谢