Buck变换器在同步发电机励磁控制系统中的研究与应用

论文摘要

微型燃机同步发电机励磁控制系统的研究是当前影响我国微型燃机供电技术发展的关键问题,也是实现微型燃机供电系统国产化亟待解决的问题。Buck变换器技术是微型燃机同步发电机励磁控制系统的重要研究课题,通过对Buck变换器良好的控制,使整个同步发电机励磁控制系统工作在可靠稳定的环境中。本论文以东北大学和沈阳航天新光集团联合开发的微型燃机同步发电机励磁控制系统为研究背景,采用IGBT作为功率开关元件,以DSP作为控制芯片,设计了基于Buck变换器的75kW级无刷同步发电机励磁控制系统,并进行了现场调试运行,各项调试结果均达到了设计要求。本文主要完成的工作如下：（1）设计了励磁控制系统的总体硬件方案,对Buck变换器的整流、降压和滤波进行了设计,并研究设计了数字信号处理单元的采样模块、频率跟踪模块、通信模块、PWM驱动模块等。（2）根据现场噪声比较严重的情况,对励磁控制系统Buck变换器的电磁兼容性进行了分析,设计了保护电路。（3）在原有的励磁控制系统中增加了辅助闭环控制,用来稳定地控制Buck变换器的输出电压,使整个励磁控制系统运行更快速稳定。在Buck变换器的建模设计中,采用状态空间平均法和模糊建模二种方法,仿真结果证明模糊建模方法为最优控制方法。（4）针对控制系统非线性特点,运用T-S模糊控制方法设计了模糊控制器,并对其结果进行仿真分析,经过与P1D控制方式相比较,验证了本文提出方法的有效性。（5）由于系统要求稳定性比较高,而且现场环境比较复杂,难以采集精确的状态量,本文设计了模糊观测器,将观测器与控制器的设计统一到LMI的框架内,利用Matlab中LMI工具的功能,从而得到观测器和控制器的参数,并对结果进行了仿真,取得了优于常规PID控制方法的良好效果。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 同步发电机励磁控制系统的研究现状与发展前景
• 1.1.1 励磁方式的发展状况
• 1.1.2 励磁控制器的发展
• 1.2 Buck变换器的研究现状
• 1.2.1 Buck变换器建模方法与发展趋势
• 1.2.2 Buck变换器控制方法的研究
• 1.3 本文提出的意义及主要内容
• 第2章 励磁控制系统的总体方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 系统总体方案
• 2.2.1 系统的组成与结构
• 2.2.2 控制系统的软件要求
• 2.3 Buck变换器的设计
• 2.3.1 功率绝缘栅双极晶体管
• 2.3.2 Buck变换器的设计
• 2.4 数字信号处理单元
• 2.4.1 采样模块与频率跟踪模块
• 2.4.2 通信模块
• 2.4.3 PWM模块
• 2.4.4 IGBT驱动模块EXB841的分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 励磁控制系统Buck变换器的电磁兼容性研究及保护电路的设计
• 3.1 引言
• 3.2 Buck变换器的抗干扰设计
• 3.2.1 干扰源
• 3.2.2 Buck变换器电磁兼容性设计的改进
• 3.2.3 PCB布线技术的改进
• 3.3 Buck变换器保护电路设计
• 3.3.1 过电压保护
• 3.3.2 过电流保护
• 3.3.3 过热保护
• 3.3.4 防静电保护
• 3.4 本章小结
• 第4章 Buck变换器的建模
• 4.1 Buck变换器基本电路
• 4.2 Buck变换器的基本建模方法
• 4.3 Buck变换器的T-S模糊建模
• 4.3.1 建立数学模型
• 4.3.2 建立模糊模型
• 4.4 仿真对比研究
• 4.4.1 Buck变换器的仿真分析
• 4.4.2 模糊模型仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 励磁控制系统Buck变换器模糊控制器和观测器的研究与设计
• 5.1 引言
• 5.2 T-S模糊控制器的理论基础
• 5.2.1 T-S模糊模型的稳定性分析
• 5.2.2 线性不等式基础
• 5.3 T-S模糊控制器的建立
• 5.4 基于LMI的模糊观测器的建立
• 5.4.1 模糊观测器的设计
• 5.4.2 状态反馈系统的分析
• 5.5 模糊控制器与模糊观测器闭环系统的仿真研究
• 5.5.1 模糊控制器的闭环系统的仿真
• 5.5.2 基于模糊控制器和观测器的闭环系统的仿真
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 论文结论
• 6.2 后续工作及展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间所做工作
• 附录