基于马尔科夫链的变频调速系统随机PWM技术研究

摘要

PWM技术在变频调速系统中得到越来越广泛的应用,该技术使开关器件以确定的方式开通和关断,在开关频率整数倍(尤其是1倍和2倍)处产生了幅值较高的谐波成分,引起了令人烦躁的高频噪音,该问题已经得到了广大学者和产品设计者的足够重视。针对该问题,本课题采用随机PWM技术,从改变谐波的频谱分布入手,使逆变器输出的谐波成分比较均匀地分布在较宽的频带范围内,以达到降低电磁噪音的目的。本文首先归纳了随机PWM技术的基本原理及其分类,总结了随机PWM技术的发展及应用现状,并且详细介绍了随机开关频率PWM技术。介绍了随机数的软件生成方法,阐述了马尔科夫过程和马尔科夫链相关理论,分析了马尔科夫链在随机PWM技术中的作用,提出了基于马尔科夫链的变频调速系统随机PWM技术。选择其中一种较好的随机数生成方法,分别基于无马尔科夫链算法和两状态马尔科夫链算法进行了软件程序的编写；基于Matlab＼Simulink6.0仿真软件设计了两状态和三状态马尔科夫链的仿真模型,并编写了基于DSP的两状态马尔科夫链的软件程序。本文对变频调速系统中的四种随机PWM技术进行了仿真研究,给出了仿真结果,并对比分析了各个随机策略的特点和效果。以工程应用为导向,选择了常规随机开关频率PWM技术和基于两状态马尔科夫链的随机开关频率PWM技术进行了实验研究,给出了空载和满载时多个工况下的实验波形。仿真和实验结果验证了算法的有效性,且不受电机、逆变器等参数变化的影响,可以方便地应用于现有变频调速系统中。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 变频调速技术发展历史

1.2 PWM技术原理

1.2.1 PWM技术基本原理

1.2.2 PWM技术分类与实现方法

1.2.3 空间电压矢量PWM技术

1.3 课题提出

1.4 本课题研究的目的及意义

1.5 全文内容安排

2 随机PWM技术原理

2.1 随机PWM技术基本原理与分类

2.2 随机PWM技术发展及应用现状

2.3 随机开关PWM

2.4 随机脉冲位置PWM

2.5 随机开关频率PWM

2.5.1 随机开关频率PWM的基本原理

2.5.2 随机开关频率PWM的软件设计

2.6 本章小结

3 随机数软件生成策略

3.1 随机数软件生成方法

3.2 软件生成的随机数统计分析

3.2.1 无马尔科夫链算法生成的随机数统计

3.2.2 基于两状态马尔科夫链算法生成的随机数统计

3.2.3 两种生成的随机数比较分析

3.3 本章小结

4 基于马尔科夫链的变频调速系统随机PWM技术

4.1 马尔科夫过程与马尔科夫链

4.2 两状态马尔科夫链的仿真设计

4.3 三状态马尔科夫链的仿真设计

4.4 基于马尔科夫链的变频调速系统随机PWM技术

4.4.1 基于马尔科夫链的随机开关频率PWM技术控制框图

4.4.2 两状态马尔科夫链的软件设计

4.5 本章小结

5 变频调速系统随机PWM技术仿真研究

5.1 仿真工具Matlab\Simulink6.0简介

5.1.1 Matlab\Simulink6.O简介

5.1.2 频谱分析模块powergui使用简介

5.2 变频调速系统随机PWM技术仿真模型

5.3 固定开关频率PWM技术仿真结果及分析

5.4 常规随机开关频率PWM技术仿真结果及分析

5.5 双随机PWM技术仿真结果及分析

5.6 两状态马尔科夫链的随机PWM技术仿真结果及分析

5.7 三状态马尔科夫链的随机PWM技术仿真结果及分析

5.8 本章小结

6 变频调速系统随机PWM技术实验研究

6.1 实验平台

6.2 两种算法生成的随机开关频率统计

6.3 7.5kW电机空载实验

6.3.1 开关频率为4kHz输出电流和电压频谱分析

6.3.2 开关频率为8kHz输出电流和电压频谱分析

6.3.3 输出电流局部波形分析

6.4 7.5kW电机满载实验

6.4.1 开关频率为4kHz输出电流频谱分析

6.4.2 开关频率为8kHz输出电流频谱分析

6.5 1.1kW电机空载实验

6.5.1 开关频率为4kHz输出电流频谱分析

6.5.2 开关频率为8kHz输出电流频谱分析

6.5.3 输出电流局部波形分析

6.6 变频电机噪音测试结果及分析

6.7 本章小结

7 全文总结和展望

7.1 全文总结

7.2 下一步工作展望

致谢

参考文献

在校学习期间所发表的论文及完成项目情况