单相电压型PWM整流器无源控制研究

摘要

单相PWM整流器是一种典型的非线性装置，具有很强的非线性特性。为提高整流器的性能，对整流器进行非线性控制策略研究十分必要。本文主要针对单相电压型PWM整流器，运用哈密顿系统理论中的互联和阻尼配置的无源性控制(IDA-PBC)方法进行了控制系统设计，同时对所设计的系统在Matlab/Simulink的软件环境下进行了仿真，通过仿真结果验证了所设计的控制系统的正确性。 首先，介绍了耗散系统和一类无源系统——哈密顿系统的一些基础知识。对这类系统的属性，从能量成形的角度进行了研究，给出了无源系统的稳定性定理和耗散系统的稳定性定理，讨论了耗散的端口受控哈密顿系统的反馈镇定方法。 其次，以单相电压型PWM整流器为对象，利用端口受控哈密顿(PCH)系统理论建立了PCH系统模型。并且分析了单相PWM整流器PCH系统模型的特性，包括：能量平衡特性、耗散特性、无源特性等。 再次，在国内首次把互联和阻尼配置的无源性控制方法引入到电压型PWM整流器无源控制研究中，在单相电压型PWM整流器PCH系统模型的基础上，设计了基于期望平衡点的反馈控制器，同时解决了包括反对称矩阵、阻尼矩阵的配置、期望能量函数的选择、平衡点的求取、稳定性分析等问题。利用Matlab/Simulink仿真软件，对单相电压型PWM整流器无源控制系统进行了仿真研究，实现了直流电压恒定、交流测达到单位功率因数的控制目标，验证了无源控制策略是可行的。 论文最后对全文所作的工作进行了总结，并指明了未来的研究方向。

目录

文摘

英文文摘

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第一章引言

1.1概述

1.2整流器发展及研究整流器的意义

1.3 PWM整流器非线性控制策略

1.3.1反馈线性化控制策略

1.3.2基于Lyapunov稳定理论的控制策略

1.3.3基于无源控制理论的控制策略

1.4基于端口受控哈密顿(PCH)的PWM整流器无源控制方法

1.4.1 PCH控制方法的发展

1.4.2 PCH控制方法的意义

1.5论文的主要工作和内容安排

1.6小结

第二章电压型PWM整流器工作原理及拓扑结构

2.1电压型PWM整流器的原理

2.2电压型PWM整流电路拓扑

2.2.1单相半桥、全桥VSR拓扑结构

2.3小结

第三章一类无源系统－哈密顿系统

3.1无源性与稳定性

3.1.1无源系统

3.1.2无源系统的稳定性

3.2耗散系统和稳定性

3.2.1耗散系统

3.2.2耗散系统的稳定性

3.3一类无源系统—哈密顿系统

3.3.1欧拉-拉格朗日方程和哈密顿方程

3.3.2受控哈密顿系统

3.3.3哈密顿系统的互联和阻尼配置的无源性控制方法

3.4小结

第四章基于GSSA的单相电压型PWM整流器建模

4.1广义状态空间平均(GSSA)技术在PCHS中的应用

4.1.1 GSSA简介

4.1.2 PCHS中的平均和广义平均

4.1.3 PCHS结构的GSSA近似

4.1.4 PCHS的GSSA简化系统的控制器设计

4.2单相电压型PWM整流器的GSSA模型

4.2.1单相电压型PWM整流器的SS模型

4.2.2单相电压型PWM整流器SS模型稳态分析

4.2.3单相电压型PWM整流器的GSSA模型

4.3小结

第五章单相电压型PWM整流器无源控制研究

5.1设计控制器

5.2系统仿真模型的建立

5.3仿真结果

5.4小结

第六章全文总结与展望

致谢

参考文献

个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果