基于滑模控制的三相电压型PWM整流器的研究

摘要

近年来，电力电子产品在生产和生活领域的应用日益广泛，促进了对整流装置和整流技术的深入研究。传统二极管不控整流以及晶闸管相控整流存在功率因数较低，交流侧输入电流畸变严重等缺点，由此产生的大量谐波及无功量给电网造成了严重的“污染”。应用PWM控制技术通过对整流电路的适当控制，可以令网侧输入电流和输入电压为同相位的正弦波，实现单位功率因素，并且得到可控的稳定直流电压输出，甚至使得网侧和直流侧能量可双向传输。PWM整流器的诸多优点使其在电力电子的各个领域得到了广泛应用，同时成为了热点研究课题。
　　 本文首先介绍PWM整流器的相关研究和应用热点问题，对其主要典型拓扑结构进行分类介绍，详细分析了四象限运行原理，并对单相和三相电压型PWM整流器工作原理逐一阐述。在介绍工作原理的基础上，以三相电压型PWM整流为研究对象，建立基于开关函数的ABC三相和αβ两相静止坐标系以及dq两相同步旋转坐标系下的数学模型。
　　 然后，介绍滑模变结构控制理论的基本原理和建模方法，分析滑模控制存在抖振的原因并给出当前应用较为广泛的几种削弱抖振的措施。对滑模控制技术在PWM整流中的应用及存在的问题进行分析，将三相电压型PWM整流器系统看成一个整体，建立基于电压的滑模面计算单元和基于电流的滑模控制律。
　　 最后，在MATLAB中搭建系统的非线性控制模型，给出空间电压矢量控制的实现方法并搭建模型产生SVPWM波。通过得出的网侧电压电流波形，以及直流侧电压波形来验证PWM整流器输入电流正弦化，功率因数高，能量可双向流动等特点。在扰动作用下，对采用传统PI控制和滑模控制后系统的波形进行比较。通过仿真得出的波形比较来验证滑模控制在PWM整流器中应用的可行性和优越性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 整流器的研究发展现状

1．2．1 关于PWM整流器数学模型的研究

1．2．2 关于PWM整流器拓扑结构的研究

1．2．3 关于电压型PWM整流器电流控制策略的研究

1．2．4 关于PWM整流器系统控制策略的研究

1．3 PWM整流器的工程应用

1．4 本文研究的主要内容

1．5 课题的创新之处

2 PWM整流器的工作原理及数学模型

2．1 PWM整流器的常见拓扑结构

2．1．1 电压型PWM整流器(VSR)拓扑

2．1．2 电流型PWM整流器(CSR)拓扑

2．2 PWM整流器的基本原理

2．2．1 PWM整流器的四象限运行

2．2．2 单相电压型PWM整流器工作原理

2．2．3 三相电压型PWM整流器工作原理

2．3 三相电压型PWM整流器数学模型的相关问题

2．3．1 三相电压型PWM整流器的一般数学模型

2．3．2 dq坐标系下三相 VSR数学模型

3 滑模变结构控制理论

3．1 滑模变结构控制理论基本概念

3．2 滑模变结构控制器设计基本问题

3．2．1 滑模切换函数的选取

3．2．2 控制律的求取

3．2．3 系统参数的优化

3．3 滑模控制中存在的主要问题及改进措施

3．3．1 抖振问题的形成原因

3．3．2 削弱抖振的方法

4 PWM整流的滑模变结构控制

4．1 选择滑模控制的原因

4．2 滑模控制在PWM整流器中的研究现状

4．3 电压环滑模控制的PWM整流器系统设计

4．3．1 电压环滑模面计算单元

4．3．2 电流环滑模控制律

4．4 空间电压矢量控制

4．4．1 原理概述

4．4．2 SVPWM的实现

5 系统仿真研究

5．1 仿真模型及参数

5．2 仿真波形比较及分析

6 总结

参考文献

致谢

作者简介及读研期间发表论文情况