三相PWM整流器非线性最优预测控制研究

摘要

随着现代电力电子技术和控制技术的发展，以PWM（Pulse Width Modulation）技术为基础的功率变换装置得到了越来越广泛的应用。PWM整流器具有高功率因数、低谐波污染、能量可以双向流动、小容量储能环节、恒定直流电压控制等优点，在电力有源滤波器、无功补偿、潮流控制、太阳能发电以及高压直流输电等应用领域具有非常广阔的应用前景。
　　 三相PWM整流器是一个强耦合、强非线性系统，控制较为复杂。本文建立了三相PWM整流器的两相同步旋转坐标数学模型，在该坐标系下，可以方便实现PWM整流器有功和无功的解耦控制。在两相同步旋转坐标数学模型的基础上，采用非线性的控制方法，对PWM整流器进行电压电流双环混合非线性控制器的设计。其中电压环采用滑模变结构控制，充分利用滑模变结构控制的鲁棒性强、对负载的扰动具有很好的适应性的特点，生成指令电流；电流环采用非线性最优预测控制，该方法可以在一个到几个周期内消除跟踪误差，具有响应速度快、跟踪精度高、运算量小的优点，非常适合数字控制系统。
　　 控制器运算得到的控制量需要经过调制后才能控制PWM整流器。空间矢量调制时一种数字化的调制方法，具有开关次数少、电压利用率高的优点，适合作为PWM整流器的调制。文中分析了空间矢量调制方法，并采用 TMS320F2812实现了七段式空间矢量的调制。
　　 通过搭建Matlab仿真模型，验证了所设计的PWM整流器控制方案的控制性能。设计了三相PWM整流器控制所需的主电路、驱动电路和测量电路，搭建了PWM整流器的样机，证明了所提方法的有效性和优越性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 PWM整流器常见结构

1.2.1 电压型PWM整流器结构

1.2.2 电流型PWM整流器结构

1.3 三相电压型 PWM 整流器研究概况

1.3.1 PWM整流器电流控制技术

1.3.2 PWM整流器的控制策略

1.4 本文主要研究工作

第二章 PWM 整流器原理与建模

2.1 电压型PWM整流器工作原理

2.2 三相电压型PWM整流器建模

2.2.1 三相电压型PWM整流器一般数学模型

2.2.2 三相电压型PWM整流器d-q模型

2.3 本章小结

第三章 三相PWM整流器的非线性控制

3.1 滑模变结构控制电压环设计

3.2 非线性最优预测控制电流环设计

3.2.1 非线性最优预测控制器原理

3.2.2 PWM整流器的非线性最优预测电流环设计

3.3 空间矢量调制

3.3.1 空间矢量调制原理

3.3.2 空间矢量调制的实现

3.4 本章小结

第四章 三相PWM整流器硬件设计

4.1 三相PWM 整流器的结构

4.2 三相全隔离驱动电路设计

4.2.1 IGBT 的驱动电路要求

4.2.2 信号隔离电路设计

4.2.3 电源隔离电路设计

4.3 电压电流测量电路设计

4.3.1 直流参考电压产生电路

4.3.2 交流电压及过零信号产生电路

4.3.3 交流电流信号采样电路

4.3.4 直流电压测量电路

4.3.5 测量电路PCB设计

4.4 三相桥式主电路板设计

4.5 交流侧电感的设计

4.5.1 考虑瞬态电流跟踪速度的电感设计

4.5.2 考虑抑制交流侧谐波电流的电感设计

4.6 本章小结

第五章 算法与程序设计

5.1 系统整体控制流程

5.2 控制算法设计

5.3 本章小结

第六章 实验结果

6.1 Matlab 仿真实验

6.2 PWM整流器样机实验

6.3 本章小结

结论与展望

1 本文所完成的工作

2 进一步工作展望

参考文献

附录 实验样机

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢