支持新能源接入的直驱式电梯控制系统研究

摘要

由于目前主流的电梯调速系统仍采用不可控整流技术，使得电梯产生严重的能耗问题。而双PWM变流调速系统因其具有功率因数高、谐波污染低、能量可双向流动等优点，成为了电梯节能驱动技术领域的重要研究方向。然而，我国在电梯用双PWM变流调速系统核心技术方面仍然依赖国外进口，极大地制约了我国新型节能电梯产业的发展。因此，本文围绕接入新能源供电的双PWM变流调速系统驱动技术展开理论研究，对电网侧变流器和电机侧变流器的控制策略进行了分析探讨，并通过软件仿真和实验平台实验验证了理论研究成果的正确性和可行性。
　　首先，研究了整个变流器系统的数学模型，建立了三相电压型PWM整流器和永磁同步曳引机在两相同步旋转dq坐标系下的数学模型。
　　其次，分析了整个系统的工作原理，探讨了整个系统的控制策略。针对电网侧变流器直流侧接入光伏新能源供电波动时引起的直流母线电压不稳定的问题，研究了在电流内环d轴电流设定值中增加网侧变流器直流侧负载电流补偿的基于李雅普诺夫函数的非线性控制策略，研究了电流内环提高无功电流控制速度来达到直流母线电压稳定的非线性控制策略;针对基于李雅普诺夫函数的非线性控制策略对参数精度要求高的特点，结合电压外环、电流内环的双闭环控制策略，推导了控制变量饱和时的优化策略。针对电机侧变流器，研究了基于李雅普诺夫函数的电流内环、转速外环的双闭环非线性控制策略。
　　第三，设计了整个系统的硬件电路，包括基于TMS320F28335的最小系统控制电路、12路反激式隔离开关电源电路、信号调理电路及功率主电路，并对每一部分电路进行了制作及调试。
　　第四，设计了整个系统的控制流程，并编写及调试了变流器控制程序，包括主程序、电网侧控制程序、电机侧控制程序、AD采样程序、串口通信程序等程序;基于VisualStudio2010.NET开发平台，采用C＃语言开发并调试了上位机监测系统软件，便于对整个变流器系统的运行状况进行监测。
　　最后，搭建了整个双PWM变流调速系统实验平台，对提出的基于李雅普诺夫函数的非线性控制策略进行了实验验证，获得了相关控制策略的实验数据，实验数据与理论分析仿真相一致，验证了整个变流调速系统设计方案的正确性及可行性。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 国内、外电梯变频调速的研究现状及发展趋势

1．1．2 PWM整流器的研究现状

1．2 论文选题意义

1．3 本文研究内容

2 变流器的数学模型

2．1 电网侧三相电压型PWM整流器的数学模型

2．1．1 三相静止坐标系下的数学模型

2．1．2 两相静止坐标系下的数学模型

2．1．3 两相同步旋转坐标系下的数学模型

2．2 永磁同步电动机的数学模型

2．3 本章小结

3 变流器非线性控制策略研究

3．1 变流器的工作原理

3．2 变流器的整体控制策略研究

3．3 网侧变流器双闭环控制器的设计

3．3．1 前馈解耦电流内环的设计

3．3．2 前馈解耦电压外环的设计

3．4 基于李雅普诺夫函数的网侧变流器非线性控制研究

3．4．1 基于李雅普诺夫函数的控制策略

3．4．2 考虑负载电流补偿的李雅普诺夫函数的控制策略

3．4．3 提高无功调节速度的李雅普诺夫函数的控制策略

3．4．4 考虑电压的李雅普诺夫函数的控制策略

3．5 基于李雅普诺夫函数的机侧变流器非线性控制研究

3．6 本章小结

4 变流器硬件设计

4．1 系统主电路设计

4．1．1 网侧变流器交流侧电感设计

4．1．2 网侧变流器直流侧电容设计

4．1．3 功率开关管缓冲电路的设计

4．2 系统控制及信号处理电路设计

4．2．1 DSP最小系统电路设计

4．2．2 开关电源电路设计

4．2．3 信号采样电路设计

4．2．4 功率管驱动电路设计

4．2．5 过流保护电路设计

4．2．6 温度检测电路设计

4．2．7 转速设定信号调理电路设计

4．2．8 编码器信号调理电路设计

4．3 本章小结

5 变流器软件设计

5．1 变流器系统总体控制流程设计

5．2 DSP程序设计

5．2．1 主程序设计

5．2．2 网侧变流器控制程序设计

5．2．3 机侧变流器控制程序设计

5．2．4 A／D采样程序设计

5．2．5 串口通讯程序设计

5．3 上位机界面程序设计

5．4 光伏新能源接入控制程序设计

5．5 本章小结

6 变流器实验调试及结果

6．1 实验系统介绍

6．2 网侧变流器非线性控制策略实验

6．2．1 基于李雅普诺夫函数控制策略的实验

6．2．2 考虑负载电流补偿的李雅普诺夫函数控制策略的实验

6．2．3 提高无功调节速度的李雅普诺夫函数控制策略的实验

6．2．4 考虑电压的李雅普诺夫函数控制策略的实验

6．2．5 光伏新能源接入实验

6．3 机侧变流器非线性控制实验

6．4 PC929驱动电路过流保护实验

6．5 本章小结

7 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 研究工作展望

参考文献

附录

致谢

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