pwm整流器的pch控制与应用毕业答辩

青岛大学硕士毕业论文答辩,论文题目：PWM整流器的PCH 控制与应用,研究生： 滕兆博指导教师：于海生教授,汇报提纲,一、课题研究背景和意义 二、三相电压型PWM整流器原理及建模三、三相电压型PWM整流器PCH控制四、单位功率因数直流电动机PCH控制系统五、 PCH控制与矢量控制的对比六、 结论与展望,一、课题研究背景和意义,目前应用的大多数变流装置中需要通过整流环节以获得直流电压。长期以来由二极管不控整流电路或晶闸管相控整流电路构成的整流器被广泛应用。：,2、网侧电压波形畸变造成电网谐波污染,价格低廉、结构简单技术成熟、性能可靠,缺点：,1、电流波形畸变造成功率因数较低,优点：,3、二极管整流能量单向流动，无法起到节能的作用,电力电子设备日益增多，电网中谐波污染越来越严重。为了从根本上消除通用变频器存在的缺陷，作为电网主要污染源整流器受到人们的关注，学术界围绕整流器开展了大量的研究工作。,一、课题研究背景和意义,随着电力晶体管、IGBT等高频电力电子器件价格的降低，以及电压和电流等级的提高，用全控型功率开关器件取代传统的半控型功率开关管或二极管，将PWM(Pulse Width Modulation)技术引入到整流器的控制之中，以PWM斩控整流来替代相控或不控整流，组成PWM整流器。,一、课题研究背景和意义,实现网侧电流正弦化,可进行电网无功调节,PWM整流器,运行于单位功率因数,直流母线电压可调,能实现能量双向流动,一、课题研究背景和意义,二、三相电压型PWM整流器原理及建模,图1 PWM整流器主电路拓扑结构示意图,依据能量守恒定律，可得出交流、直流侧的功率平衡关系为：,1、PWM整流器原理,(1),a)纯感性运行 b)正阻性运行,c)纯容性运行 d)负阻性运行,图2 PWM整流器交流侧稳态矢量关系图,二、三相电压型PWM整流器原理及建模,PWM整流器在三相静止(a,b,c)坐标系下的数学模型为：,其中，,该模型中，整流器直交流侧均为时变交流量，而且相互之间存在耦合，增加了设计过程的工作量。,为占空比函数,二、三相电压型PWM整流器原理及建模,(2),二、三相电压型PWM整流器原理及建模,时变的正弦变量,直流变量,(3),(5),(4),1、端口受控哈密顿（PCH）系统对于非线性系统若将耗散的端口受控哈密顿（PCH）系统方法用于以上非线性系统描述，则有 其中，R为半正定对称矩阵，它反映了 端口上的附加阻性结构；J为反对称矩阵，它反映了系统内部的互联结构； H为哈密顿函数，它定义了系统存储的能量。,(6),(7),三、三相电压型PWM整流器PCH控制,2、三相电压型PWM整流器的PCH模型,图3 PWM整流器主电路拓扑结构示意图,三、三相电压型PWM整流器PCH控制,(8),选取系统的电感磁通和电容电荷为状态变量,(9),系统存储的能量为电感和电容储能的总和，用哈密顿函数,表示,(10),三、三相电压型PWM整流器PCH控制,系统在 坐标系下的数学模型经过化简可以得到整流器的端口受控耗散哈密顿系统(PCHD)模型为,(11),三、三相电压型PWM整流器PCH控制,3、PCH控制原理,假定系统 期望的平衡点 ，为了使系统在 保持渐近稳定，构造一个期望的闭环哈密顿函数 ，且在平衡点 处有 ，对于邻域内的任意 ，均有 ， 通过对 、 进行合理配置使其满足并经反馈控制使系统(11)成为闭环耗散PCH系统 则系统(11)是稳定的。,(11),(12),(13),(14),(15),三、三相电压型PWM整流器PCH控制,进一步分析，若闭环系统(15)包含在集合中的最大不变集等于 ，由LaSalle不变集原理可知系统在平衡点处是渐近稳定的。,(16),反馈控制,可根据下式求得,(17),三、三相电压型PWM整流器PCH控制,依据PCH控制原理，求得系统控制器,(18),加入PI控制,(19),其中,4、系统控制器求取及仿真模型搭建,三、三相电压型PWM整流器PCH控制,图4 PWM整流器状态PCH仿真图,三、三相电压型PWM整流器PCH控制,5、仿真结果,三、三相电压型PWM整流器PCH控制,A、给定电压变化,三、三相电压型PWM整流器PCH控制,B、负载扰动,三、三相电压型PWM整流器PCH控制,四、单位功率因数直流电动机 PCH控制系统,1、直流电动机控制系统的PCH模型,图5、直流电动机调速系统主电路图,(20),将系统状态变量,做如下定义,(21),取系统电感、电容储存的能量与电机机械动能的总和作为哈密顿函数为 ，同理可得系统的PCHD模型。,(22),(23),四、单位功率因数直流电动机 PCH控制系统,2、系统控制器求取及仿真模型搭建,A、负载转矩已知,依据PCH控制原理可得系统的控制器为,(24),B、负载转矩未知,设计负载转矩观测器，得到控制器,(25),四、单位功率因数直流电动机 PCH控制系统,图6、直流电动机PCH系统仿真图,四、单位功率因数直流电动机 PCH控制系统,4、仿真结果,四、单位功率因数直流电动机 PCH控制系统,负载转矩扰动，无转矩观测器,四、单位功率因数直流电动机 PCH控制系统,负载转矩扰动，有转矩观测器,五、PWM整流器PCH控制 与矢量控制的对比,B、 PWM整流器矢量控制,A、PWM整流器PCH控制,B、 PWM整流器矢量控制,A、 PWM整流器PCH控制,R扰动,五、PWM整流器PCH控制 与矢量控制的对比,C、直流电动机PCH控制与矢量控制,转矩扰动,五、PWM整流器PCH控制 与矢量控制的对比,六、结论与展望,结论基于能量成型与端口受控哈密顿原理，采用PCH控制方法，设计了PWM整流器和单位功率因数直流电动机系统控制器。通过建立系统仿真模型，仿真实验证明系统动静态性能优越，具有较好抗负载干扰能力