滑模变结构控制的电压型PWM整流器的研究与实现

关键词：PWM 整流器；滑模变结构控制；MATLAB；TMS320F2812
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东北大学硕士学位论文
Abstract
Research and Implementation of Voltage Source PWM Rectifiers Based on Sliding Mode Variable Structure Control Abstract
With the development of power electronics, microelectronics and computer, the power conversion apparatus based on the PWM (Pulse Width Modulation) technique is gaining more and more application. PWM rectifiers have the characteristics of large power factor, small harmonic pollution, bidirectional power flow, small capacity power storage segment and constant direct voltage, so they have more and more application perspective in active filtering,reactive load compensation, tide control, solar electrical energy generation and motor control systems. The PWM rectifier is a multivariable, nonlinear and strongly coupled time-variant parameter system. For obtaining a high-performance control system of the PWM rectifier, modern control theories and advanced control strategies must be applied so that the system has strong robustness to overcome the influence of parameter variance, load variance and nonlinear factors on systemic performance. Sliding-mode variable structure control is a strong robustness control method, has low requirements for the accuracy of a systemic mathematical model, and has the advantages of rapid response, insensitiveness to parameter variation and external disturbance variation, no need of systemic online identification, easy implementation, suitability for computer implementation, etc.Therefore, the sliding-mode variable structure control is very suitable for thehigh-performance PWM control system. This paper selects the three-phase voltage source rectifier as a research object ,researching the designing goal and the designing method and the invariance of the VSC. The theory and the structure of PWM rectifier are analysed in details, construct the mathematical model under three phase stationary reference frame , two phase stationary reference frame and two revolving reference frame . And the switching mode of
connection among DC voltage , AC current , source voltage and
rectifier is also included. On the basis of the theory analysis, this paper constructs the - III -
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分类号 UDC
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学
位
论
文
基于滑模变结构控制的电压型 PWM 整流器的研究与 实现
作 者 姓 名 ： 岳晖 指 导 教 师 ： 王旭 教授 东北大学电子科学与技术研究所 申请学位级别： 硕士 学科专业名称： 电路与系统 论文提交日期： 2011 年 6 月 学位授予日期： 2011 年 7 月 评 阅 人 ： 黄志钢 李景宏 论文答辩日期： 2011 年 6 月 答辩委员会主席： 李晶皎 学 科 类 别 ： 工学
东北大学硕士学位论文
Abstract
simulation experiment for the design scheme based on
MATLAB/Simulink , and
compares the design scheme proposed Abstract in this paper with the traditional PI control scheme. Finally according to the simulation of the system a main circuit and a control circuit are built. For the main circuit, its main task is setting and calculating the parameters of the AC-side inductance, the DC-side capacitor and the IGBT based on control algorithm and the performance of the system. The control section is based on TMS320F2812 that a DSP chip product of TI Company, including voltage and current detection-conversion module, the power switch driver module, PWM output module. It is introduced in this paper that the ideas of modular design and the process of working in details. Then debugging and analyzing are implemented according to the requirement of the system and the performance of DSP chip. The experimental results show that the system can response rapidly and achieve the stable value in a short time
学位论文作者签名： 签字日期：
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摘要
基于滑模变结构控制的电压型 PWM 整流器的研究与实现
摘
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
要
随着现代电力电子技术和控制技术的发展，以PWM(Pulse Width Modulation) 技术为基础的功率变换装置得到了越来越广泛的应用。PWM整流器具有高功率因 数、低谐波污染、能量可以双向流动、小容量储能环节、恒定直流电压控制等优 点，在电力有源滤波器、潮流控制、无功补偿、太阳能发电以及高压直流输电等 应用领域具有非常广阔的应用前景。 PWM整流器是一个多变量、非线性、强耦合的时变参数系统，要得到高性能 的PWM整流器控制系统必须应用现代控制理论和先进控制策略使系统具有强鲁棒 性，以克服参数变化、负载变化及非线性因素对系统性能的影响。滑模变结构控 制是一种强鲁棒性的控制方法，对系统数学模型精度要求不高，具有快速响应、 对参数及外部扰动变化不敏感、无需系统在线辨识，实现简单而且很适合计算机 实现等优点，因此，很适合高性能的PWM控制系统。 本文以三相电压型PWM整流器为研究对象，研究了滑模变结构控制的设计目 标和设计方法、滑模变结构控制系统的不变性等问题。分析了整流器的原理以及 结构，分别在三相静止坐标系、两相静止坐标系和两相旋转坐标系中建立了数学 模型，并且推导了三种坐标系下整流器直流侧电压、交流侧电流、电压以及整流 器开关模式之间的关系；设计了基于滑模变结构控制的三相PWM整流器电流内环 和电压外环的双闭环控制方案。在理论研究的基础上，采用MATLAB/Simulink对 设计方案进行了仿真实验，与传统的PI控制方案进行了比较及分析。 根据控制算法和系统性能要求对主电路的交流侧电感、直流侧电容以及 IGBT 的参数进行优化；搭建了以 TMS320F2812 芯片为核心的包括交流信号检测转换电 路、直流电压信号转换电路、驱动及保护电路的控制电路。文中说明了主控程序 的模块化设计思路和工作流程。结合 PWM 整流器系统的设计要求和 DSP 芯片的 性能，编辑了系统软件并进行实验研究。实验结果表明该系统能够实现快速响应 并在最短的时间内达到稳定值，基本达到了预期效果。