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中南大学 电力电子系统建模与控制课程报告 论文题目:三相电压型PWM整流器的控制及其应用研究 学号:144611012 姓名:车如宇 专业:电气工程 教师:粟梅 教授 三相电压型PWM整流器的控制及其应用研究 中南大学 144611012 车如宇 摘要:三相电压型PWM整流器在电力电子系统中有着广泛的应用,研究其具有重要的意义。本文采用了经典的双闭环控制结构,电流内环采用解耦控制方法,在此基础上研究了传统控制器PI设计和模糊PI控制器的设计。最后进行了不同功率等级的实验,实验结果表明模糊PI控制器能更好的适应功率的变化,动态性能好,能实现单位功率因数。 三相电压型PWM整流器的拓扑结构和建模 三相电压型PWM整流器的结构如下:输入电源为Ea、Eb、Ec;整流器交流输入侧的电感L起到了滤波和升压的作用;直流侧电容起到储能和稳压的作用。 图1 PWM整流器的电路结构 整流器的动态方程如下: 1-1 1-2 1-3 1-4 将以上公式变换到dq0坐标系下有:其中、为、、进行dq变换得到 1-5 将输入电压进行PARK变换,d轴定向、 1-6 由1-6可得,可对、进行独立控制,从而达到分别控制有功和无功的效果。 传统控制器的设计 由公式1-5可得、相互影响,因此需要进行解耦控制,令 2-1 将2-1代入1-5可得 2-2 由2-2可得、完成了解耦 图2 PWM整流器的总体控制框图 由1-5及2-2可得电流内环的结构图如下: 图3 电流内环控制结构 令,忽略电抗器的内阻,可得开环传递函数为 2-3 按照典型II型系统的整定可得 2-4 外环电压控制器的设计: 图4 电压外环控制器 2-5 其中G1(S)为电流内环调节的闭环传递函数、G2(S)为整流器的输出传递函数,其中、、。通常情况下,所以 可得、对比二阶系统的标准型可得 按照二阶系统的最佳整定取、可求得电压调节器的参数 模糊控制器的设计 由于传统的控制器参数的自适应度不高,当负载功率发生变化时不能很好的维持原来的优秀性能、因此有必要设计一种能适用于功率变化的控制器。本文在传统PI的基础上,将PI参数设定为模糊控制器输出,将偏差和偏差的导数设置为控制器的输入。 图5 模糊PI控制器 控制规则采用传统的7*7,一共有49条规则。编程用IF A AND B,THEN 来实现,隶属度函数采用倒三角形、输出量变化波动,将输入量输出量模糊化为NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB、最后采用重心法进行去模糊化得到控制器的参数。 仿真实验结果和分析 图6 仿真结构图 72kw实验参数:C=0.0067F,RL=9.6,R=0.04,L=4e-3H,Um=311V 图7 72kw实验结果图 分析以上图形结果可得输入电压、输入电流同相位即达到了实现单位功率因数的效果。同时输出电压超调量小、达到了给定值、验证了参数的合理正确性。Usd=311v、usq=0v可以类比直流量进行分析。 12kw实验:RL=30、其他参数不变 图8 12kw实验结果图 图9 模糊控制器方案 突减负载实验 为了验证模糊控制器下的动态性能、采用模糊控制方案、以适应功率的变化情况。 图10 传统控制器突减负载实验结果 突加负载实验 图11 模糊控制器突加减负载实验结果 实验结果表明模糊控制器相比于传统的控制器具有更好的效果。

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