三相逆變電源數(shù)字控制技術(shù)研究碩士學(xué)位論文(已修改)

　

【正文】 分類號 學(xué)號 2003611310071 學(xué)校代碼 10487 密級 碩士學(xué)位論文三相逆變電源數(shù)字控制技術(shù)研究 69A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the RequirementsFor the Degree of Master of EngineeringResearch on Digital Control Technique forThreePhase InvertersCandidate: Fu JieMajor: Power Electronics and Electric DriveSupervisor: Associate Prof. Peng Li Huazhong University of Science and TechnologyWuhan, Hubei . China 430074April, 2006獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除文中已經(jīng)標(biāo)明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除文中已經(jīng)標(biāo)明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。保 密□ ，在____年解密后適用本授權(quán)書。本論文屬于 不保密□。（請?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“√”） 學(xué)位論文作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘 要三相逆變器作為交流供電電源的主要部分，在辦公自動化、醫(yī)藥、通訊及國防等各個(gè)方面發(fā)揮著極其重要的作用。它快速的動態(tài)響應(yīng)、失真度小的輸出電壓波形，全依賴于控制系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)。全數(shù)字化控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，為其提供了可能。本文在將負(fù)載處理為擾動的基礎(chǔ)上，建立了三相逆變電源在靜止abc、靜止、旋轉(zhuǎn)dq0坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，對三種坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了比較，并給出了狀態(tài)空間平均模型。給出了單相逆變電源的狀態(tài)增廣系統(tǒng)模擬控制和數(shù)字控制方案，并以此為基礎(chǔ)分析了將此種控制策略拓展到三相逆變電源系統(tǒng)中應(yīng)用的可能性。提出了dq0坐標(biāo)系下的三相逆變器狀態(tài)增廣系統(tǒng)模擬控制方案和數(shù)字控制方案，采用極點(diǎn)配置的方法設(shè)計(jì)控制器，指出這種控制方案更適合于數(shù)字控制。理論分析和仿真均證實(shí)了該控制器可以快速而有效地抑制擾動，獲得高質(zhì)量的輸出電壓。數(shù)字控制中，為解決數(shù)字處理器采樣、計(jì)算延時(shí)引起的逆變電源占空比受限問題，實(shí)際系統(tǒng)常采用滯后一拍控制，仿真分析了滯后一拍對數(shù)字控制三相逆變器增廣系統(tǒng)的影響，說明為了獲得更好的控制效果，需要考慮滯后一拍的影響。基于前面的理論研究，將dq軸下的增廣狀態(tài)反饋控制方案應(yīng)用在一臺50Hz的三相逆變器上并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。整個(gè)控制算法采用TI公司的TMS320F240 DSP芯片來實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明本文采用的控制方案不僅能在穩(wěn)態(tài)時(shí)獲得低THD的輸出電壓，而且在負(fù)載突變時(shí)獲得了較好的動態(tài)性能。關(guān)鍵詞： 三相逆變電源 模擬控制 數(shù)字控制 增廣狀態(tài)反饋控制 極點(diǎn)配置dq0坐標(biāo)系A(chǔ)bstractThe threephase inverters, which behave as the main AC power supplies, have played an important role in many areas such as official automatic system, medicine, tele, national defense, and so on. Fast response and little distorted output voltage of the threephase inverters depend on proper design of control system. The realization of fulldigital controlled system makes both possible. Supposing load as disturbance, mathematic models of threephase inverters in abc threephase stator coordinate, stator coordinate and rotating coordinate are established and their difference is pared. Further more, the state space average models of threephase inverters are given.This thesis has presented increasingstate feedback control schemes both in analog field and digital field for a singlephase inverter. And based on this analyzed the possibility of extending these control strategies to threephase inverters. Further more, it has proposed the increasingstate feedback schemes in the rotating coordinate both in analog field and digital field and pointed out the increasingstate feedback scheme is more suitable for digital control. And the design of controller is based on the poleassignment method. Theoretical analysis and simulation verify this control strategy can restrain disturbance quickly and high quality output waveform can be obtained. In the digital control system, onestepdelay control is always adopted because the delay which arises from the sampling and calculation reduces the maximum modulation ratio. The influence of onestepdelay control on increasingstate feedback threephase inverter system is analyzed through simulation and the analysis shows the effect of the onestepdelay control should be considered.Based on all the above researches, the increasingstate feedback digital control scheme in frame is applied on a 50Hz threephase inverter experimental equipment. The control algorithm is implemented using a TI TMS320F240 DSP. Experimental results prove the increasingstate feedback digital control scheme in frame for threephase inverters can provide not only low THD during steadystate operation but also good transient response subject to load step change.Keywords: threephase inverter analog control digital controlincreasingstate feedback control poleassignment frame目 錄摘要……………………………………………………………………….…..ⅠAbstract………………….……….…………….……………………………..Ⅱ1 緒言 PWM逆變器波形控制技術(shù)………………….………………….……（1） 逆變電源控制策略現(xiàn)狀…………..………………….……………….（2） 三相逆變器控制的特殊性.…………….……..………………………（6） 選題依據(jù)及本文主要研究內(nèi)容.…………..…….……..…………….（9）2 三相PWM逆變器模型分析 概述……….………………………..……………………………..…（10） 三相逆變器主電路模型…………………………………………….（10） 基于三相靜止abc坐標(biāo)系模型……..………………………………（11） 基于同步旋轉(zhuǎn)dq0坐標(biāo)系模型…..…………………………………（16） 基于坐標(biāo)系模型………………………………………….…….（19） 逆變器模型參數(shù)的確立………………………………………..…....（21） 本章小結(jié)………………….……………………….………….……...（22）3 三相逆變器增廣狀態(tài)反饋控制技術(shù)研究 單相逆變器增廣狀態(tài)反饋控制..…….……………………….……..（24） dq0坐標(biāo)系下三相逆變器增廣狀態(tài)反饋控制…………………..….（30） 本章小結(jié)…………………….……………………………………….（36）4 三相逆變電源增廣控制系統(tǒng)仿真分析 概述…………………………………………….…………………….（38） 仿真模型的建立…………………………….…….……….……..….（39） 仿真結(jié)果分析……………………………….…….……….….……..（42） 本章小結(jié)…………………………….…….……………….….……..（52）5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 實(shí)驗(yàn)臺架結(jié)構(gòu)與參數(shù)…………….………….……….……….……..（53） 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析…………….……….……….……………..…….…（54） 本章小結(jié)…………….……….……….…………………………..….（56）6 全文總結(jié) 本文研究內(nèi)容………………….….……….……….………….….…（57） 今后工作的展望………………….……….……..…………….….…（58）致謝………………..……………………….……………………………...（59）參考文獻(xiàn)………………………….………….….…………………….…..（60）附錄1 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文目錄………..……………………….（64）附錄2 攻讀碩士學(xué)位期間參加的主要科研項(xiàng)目…………….…………..（65）1 緒言 PWM逆變器波形控制技術(shù)PWM逆變器的波形控制技術(shù)包括硬件實(shí)現(xiàn)和控制策略兩部分。一、硬件技術(shù)[1~3]隨著集成電路的發(fā)展，微處理器性能的不斷提高，在中大功率場合，電力電子電路控制系統(tǒng)逐漸由模擬控制向模數(shù)控制或全數(shù)字控制轉(zhuǎn)化。傳統(tǒng)的逆變器采用模擬電路控制，模擬控制有許多固有的缺點(diǎn)：例如采用大量的分散元件和電路板，硬件成本高，系統(tǒng)可靠性低；由于一些人工調(diào)試器件的存在，如可調(diào)電位器，降低了生產(chǎn)效率，系統(tǒng)的一致性較差；模擬器件存在著老化和溫漂現(xiàn)象，使逆變器的輸出性能下降，甚至導(dǎo)致逆變器故障；監(jiān)控功能有限，一般僅限于聲光報(bào)警。二十世紀(jì)八十年代初，為了提高逆變器的通信及顯示功能，在設(shè)計(jì)中開始采用微處理器來處理數(shù)字顯示、信息存儲、起停控制、給定正弦波發(fā)生以及輸出范圍監(jiān)測等，但由于微處理器運(yùn)算速度的限制，逆變器的控制仍然需要模擬電路的參與。二十世紀(jì)九十年代初，在微處理器集成了PWM發(fā)生器后，出現(xiàn)了電機(jī)控制專用微處理器，如Intel公司的80C196MC。逆變器的數(shù)字化控制開始出現(xiàn)，運(yùn)算速度的限制，一般只能對于波形質(zhì)量要求不高的