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【摘要】： 傳統(tǒng)的二極管整流器以及由半可控的晶閘管組成的相控整流器,由于其整流環(huán)節(jié)不可控,導(dǎo)致網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)低,電流諧波大,能量不可逆等缺點(diǎn)。采用自關(guān)斷器件組成的PWM整流器可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流接近正弦波、單位功率因數(shù)以及四象限運(yùn)行,并能主動(dòng)消除由其他傳統(tǒng)整流裝置對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)的諧波污染,節(jié)約能源,具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、輸出直流電壓可控和抗負(fù)載擾動(dòng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 本文主要針對(duì)三相電壓型PWM整流器及其非線性控制策略進(jìn)行了研究。通過(guò)對(duì)電壓型PWM整流器四象限運(yùn)行工作原理的分析可知,只要控制其網(wǎng)側(cè)電流便可實(shí)現(xiàn)PWM整流器的控制目標(biāo)。在三相靜止坐標(biāo)系下,對(duì)PWM整流器基于開(kāi)關(guān)函數(shù)和占空比的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了推導(dǎo)。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)坐標(biāo)變換分別建立了其在兩相靜止和兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。分析表明：三相電壓型PWM整流器具有時(shí)變、強(qiáng)耦合、非線性等特點(diǎn)。對(duì)于這類(lèi)系統(tǒng),常規(guī)的控制策略及其控制器設(shè)計(jì)一般采用穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近的小信號(hào)模型及線性化控制方案。但這種方案需要較大的直流側(cè)電容,而且理論上無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全局穩(wěn)定。 本文采用非線性控制策略對(duì)由三相電壓型PWM整流器組成變流器系統(tǒng)的控制方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：根據(jù)三相電壓型PWM整流器系統(tǒng)的控制目標(biāo),設(shè)計(jì)了電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。采用電壓定向控制策略,通過(guò)輸入輸出反饋線性化以及滑模變結(jié)構(gòu)控制的方法對(duì)三相電壓型PWM整流器電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)的控制器進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 針對(duì)三相異步電機(jī)交流調(diào)速系統(tǒng),重點(diǎn)對(duì)由雙端PWM變流器組成的異步電機(jī)的交流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了研究。在分析了三相異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型及其矢量控制的基礎(chǔ)上,給出了整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案及其相應(yīng)的控制策略。對(duì)于網(wǎng)側(cè)變流器,采用基于輸入輸出反饋線性化的串級(jí)結(jié)構(gòu)非線性控制方案;對(duì)于電機(jī)側(cè)的變流器,采用轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制方案。 為了驗(yàn)證上述方案的有效性,本文借助于MATLAB對(duì)上述各種類(lèi)型的控制方案進(jìn)行了仿真研究。仿真結(jié)果表明：三相電壓型PWM整流器直流側(cè)輸出電壓穩(wěn)定并可控,且抗干擾能力強(qiáng),網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)可控(如單位功率因數(shù)),并能實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng);對(duì)于由雙端PWM變流器組成的三相異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng),除了具有上述PWM整流器的優(yōu)點(diǎn)外,還可完成異步電機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)速的控制目標(biāo),且對(duì)于負(fù)載變化等擾動(dòng)也具有較強(qiáng)的魯棒性。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類(lèi)號(hào)】：TM461
【目錄】： 摘要8-10
ABSTRACT10-12
第一章 緒論12-18
1.1 課題的研究背景及意義12
1.2 PWM整流器及其相關(guān)控制策略的研究現(xiàn)狀12-15
1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容15-16
1.4 各章節(jié)安排16-17
1.5 本章小結(jié)17-18
第二章 電壓型PWM整流器的工作原理及其數(shù)學(xué)模型18-26
2.1 單相電壓型PWM整流器的工作原理18-19
2.2 三相電壓型PWM整流器工作原理和數(shù)學(xué)模型19-25
2.2.1 三相電壓型PWM整流器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理19-20
2.2.2 三相電壓型PWM整流器的數(shù)學(xué)模型20-25
2.3 本章小結(jié)25-26
第三章 輸入輸出反饋線性化的基本知識(shí)26-38
3.1 基于微分幾何理論的輸入輸出反饋線性化基本理論26-33
3.1.1 微分幾何理論的基本概念26-28
3.1.2 輸入輸出反饋線性化28-31
3.1.3 內(nèi)部動(dòng)態(tài)與零動(dòng)態(tài)31-33
3.2 非最小相位系統(tǒng)33-34
3.2.1 最小相位系統(tǒng)定義33
3.2.2 非最小相位系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法33-34
3.3 三相電壓型PWM整流器的非最小相位特性分析34-36
3.4 本章小結(jié)36-38
第四章 三相電壓型PWM整流器的非線性控制策略的研究38-66
4.1 基于輸入/輸出反饋線性化三相電壓型PWM整流器非線性控制策略的設(shè)計(jì)38-59
4.1.1 三相電壓型PWM整流器的電流內(nèi)環(huán)反饋線性化控制器設(shè)計(jì)38-40
4.1.2 三相電壓型PWM整流器的電壓外環(huán)滑模控制器的設(shè)計(jì)40-44
4.1.3 電壓空間矢量(SVPWM)控制策略的研究44-51
4.1.4 系統(tǒng)仿真及其波形分析51-59
4.2 三相電壓型PWM整流器的滯環(huán)控制器設(shè)計(jì)59-65
4.2.1 滯環(huán)PWM電流控制的基本工作原理59-60
4.2.2 系統(tǒng)仿真及其波形分析60-65
4.3 本章小結(jié)65-66
第五章 雙端PWM變流器的三相異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)66-83
5.1 電壓型PWM逆變器66-68
5.2 三相異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型68-73
5.2.1 三相異步電機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型68-70
5.2.2 坐標(biāo)變換70-71
5.2.3 三相異步電機(jī)在αβ與dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型71-73
5.3 三相異步電機(jī)按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制系統(tǒng)73-77
5.3.1 按轉(zhuǎn)子磁鏈定向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系mt中的狀態(tài)方程74-76
5.3.2 轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)76-77
5.4 雙端PWM整流器組成三相異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的仿真實(shí)現(xiàn)與波形分析77-81
5.5 本章小結(jié)81-83
第六章 總結(jié)與展望83-84
參考文獻(xiàn)84-88
