非线性负载逆变电源控制方法的研究

摘要

随着各种工业控制技术和新能源技术的发展，许多领域的设备对运行性能的要求越来越高，通用交流电网提供的交流电已经不能满足设备的需求，而是必须根据用电要求采用电力电子技术对电能进行变换，从而获得各自所需的电能，逆变电源作为能量转换的装置，在供电系统中发挥着重要作用。由于电力电子设备的不断增多，逆变电源输出所带非线性负载的种类、数量和所占比重都迅速增加，而非线性负载所带来的诸如谐波增大、波形畸变等一系列问题将严重影响电力电子设备的正常工作，从而对供电系统造成严重影响。 本文首先建立了逆变电源主电路的数学模型，阐述了SPWM调制方法和数字实现方法，并且以典型的整流性负载为非线性负载的代表，分析了非线性负载情况下逆变电源的输出特性。 其次，针对非线性负载逆变电源产生的问题，引入重复控制方法来解决，通过叠加“过去的控制偏差”来对被控对象进行控制，以消除输出电压波形中存在的各次谐波，从而抑制周期性干扰并提高系统的控制品质。但是由于重复控制固有的延迟环节，控制会有一个周期的延迟，需要加入另一种控制方法来配合。所以在传统整数阶PID控制的基础上，采用分数阶PID控制，并且利用改进的Oustaloup近似法替代分数阶函数，使整个系统的控制维度增加、动态性能更好、抗干扰能力增强。通过MATLAB/Simulink搭建控制系统的仿真模型，验证了重复控制与分数阶PID控制相结合的复合控制方法，可以很好地跟踪给定信号，降低逆变电源输出波形的畸变率，提高负载的适应性。 最后在理论和仿真的基础上，进行了以高性能数字信号处理器TMS320F28335为控制核心的非线性负载逆变电源控制系统的软硬件设计，硬件包括DSP最小系统、驱动电路以及采样电路等，软件包括控制系统主程序以及SPWM信号的产生。实验波形结果表明，该复合控制系统满足设计的要求，可以有效地提高非线性负载逆变电源输出波形的质量。

目录

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摘要

第一章绪论

1．1引言

1．2非线性负载及产生危害

1．3逆变电源控制方法的概述

1．4本文主要研究内容

第二章逆变电源主电路模型建立和分析

2．1逆变电源模型建立

2．2 SPWM技术

2．2．1 SPWM调制方法

2．2．2 SPWM数字实现方法

2．3．1固定负载数学模型

2．3．2 Z为任意负载数学模型

2．4非线性负载输出特性

2．5逆变电源主电路仿真分析

2．6本章小结

第三章逆变电源重复控制方法

3．1重复控制方法的原理

3．2重复控制器的结构

3．3重复控制器稳定性分析

3．4重复控制器的设计

3．5重复控制逆变电源仿真结果

3．6本章小结

第四章分数阶PID控制

4．1分数阶微积分中的基本函数

4．2分数阶微积分的定义

4．3分数阶PID控制器的结构

4．4分数阶微积算子的实现方法

4．4．1直接离散近似法

4．4．2间接离散近似法

4．5分数阶PID控制参数的整定方法

4．6分数阶PID控制器与整数阶PID控制器的对比

4．7复合控制方法

4．8本章小结

第五章逆变电源软硬件电路设计

5．1主电路硬件设计

5．1．1单相全桥逆变电路设计

5．1．2负载电路的选择

5．2 DSP控制电路硬件设计

5．2．1 TMS320F28335控制芯片介绍

5．2．2 DSP最小系统设计

5．2．3采样电路

5．2．4驱动电路

5．3控制电路软件设计

5．3．1开发环境的介绍

5．3．2控制系统主程序

5．3．3中断服务程序

5．3．4 SPWM信号的产生

5．4实验结果分析

5．4．1驱动波形

5．4．2实验结果

5．5本章小结

第六章总结与展望

6．1总结

6．2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢