安防之家讯：摘 要
系统总结了当前电压型可逆变流器控制策略的发展概况，并对其详细分类研究。在比较各种控制方案优缺点的基础上最终确定了以电流d-q变换结合滑模控制作为本课题的控制策略。
详细阐述了电压型可逆变流器的数学模型，包括通用数学模型、d-q变换大信号数学模型、以及d-q变换小信号数学模型。根据d-q变换大信号数学模型建立了系统的电流环。结合d-q变换小信号数学模型设计了电压环以及电压环的滑模控制器。
确定了电压空间矢量(SVPWM)作为开关控制策略。详细阐述了其基本原理。基于MATLAB对其进行了仿真研究。针对可逆变流器使用常规的PID控制对系统参数变化的较为敏感性，电压环采用了滑模变结构控制以期得到改善。基于MATLAB仿真软件完成了系统的忽略高次谐波、不忽略高次谐波下的SPWM、SVPWM的闭环系统仿真。
针对单片机控制系统的计算速度慢，实时性控制较差，因此本课题采用TI公司的数字信号处理器TMS320F240来控制系统，以期提高计算速度。
根据本课题的控制方案，设计了系统软件流程，编写了系统的电流电压双闭环程序。基于TMS320F240发出开关频率fs=900Hz的空间矢量波形。理论上的分析结合实践过程完成了系统的开环和闭环实验，验证了控制方案的可行性。
本课题获得河北省教委科技基金支持，是国家自然科学基金的后续课题，对解决电网谐波污染，提倡绿色用电有着重大的经济价值和理论上的指导意义。
关键词 功率因数校正；可逆变流器；滑模变结构控制；空间矢量；数字信号处理器
Abstract
Developmentsurveyofcontrolstrategyofvoltagetypereversibleconverterissummarizedsystematically.Controlstrategyisstudiedindetail.Directcurrentd-qchangeandslidingmodecontrolsareregardedascontrolstrategyofthispaperonthebasisofcomparingofadvantagesanddisadvantagesvarietiesofcontrolstrategy.
MathematicsmodeissetforthdetaiLEDly,including;currentgeneralmathematicsmode;d-qchangelargesignalmathematicsmodelandd-qchangesmallsignalmathematicsmodel.Thesystemcurrentloopisestablishedaccordingtod-qchangelargesignalmathematicsmodel.ThevoltageloopanditsSMCaredesignedaccordingtod-qchangesmallsignalmathematicsmodel.
SpacevectorPWMisregardedasswitchcontrolstrategy.ItsessentialprincipleissetforthdetailedlyandissimulatedbasedonMATLAB.VoltageloopadoptsvariablestructurecontrolwithslidingmodeinordertoimprovewithregardtoconventionalPIDcontrol,whichissensitivetosystemparameter.CloseloopsystemsimulationofSPWMandSVPWMiscompletedwithneglectinghighharmonicsandwithoutneglectinghighharmonicsbasedonMATLAB.
Becausecalculationspeedofsinglechipmicroprocessorisslowanditrealizestimingcontrolpoorly,digitalsignalprocessorTMS320F240ofTICompanyisadoptedtoimprovethecalculationspeed.
Flowchartofsystemsoftwareisdesignedaccordingtocontrolstrategyofthispaper.Thedoublecloseloopprogramofcurrentandvoltageiscomplied.SVPWMwaveofswitchfrequency(900Hz)isemittedbasedonTMS320F240.Openloopexperimentationandcloseexperimentationiscompletedaccordingtotheoryanalysisandpracticeprocess,validatingfeasibilityofcontrolstrategy.
ThispaperobtainsthesustainmentofscienceandtechnologyfundofcommitteeofeducationinprovinceHeBeiandisthefollow-uptaskofnaturesciencefundofcountryandhastheimportantvalueofeconomyandtheguidancesignificanceoftheory.
Keywordspowerfactorcorrection;reversibleconverter;variablestructurecontrolwithslidingmode;spacevector;digitalsignalprocessor
目 录
摘要……………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract……………………………………………………………………Ⅱ
第1章绪论…………………………………………………………………1
1.1功率因数校正技术的发展概况………………………………………1
1.1.1单个三相PFC电路………………………………………………2
1.1.2电流断续状态下三相单开关变换器……………………………3
1.1.3电流断续状态下的三相升压变换器……………………………4
1.1.4电流连续状态下三相升压变换器………………………………4
1.1.5三相降压整流器…………………………………………………5
1.2电压型可逆变流器的开关控制策略…………………………………5
1.3电压型可逆变流器的控制方案………………………………………6
1.3.1间接电流控制……………………………………………………6
1.3.2直接电流控制……………………………………………………7
1.4可逆变流器控制策略的新发展………………………………………9
1.4.1单周控制…………………………………………………………10
1.4.2占空比控制………………………………………………………10
1.4.3基于Lyapunov非线性大信号方法控制………………………10
1.4.4神经网络和模糊逻辑控制………………………………………10
1.4.5双电流控制………………………………………………………11
1.4.6输出直流电压的优化前馈补偿控制……………………………11
1.5本课题工作…………………………………………………………11
第2章可逆变流器控制方案及数学模型…………………………13
2.1可逆变流器数学模型概述…………………………………………13
2.2系统数学模型的建立………………………………………………13
2.2.1系统通用数学模型的建立………………………………………14
2.2.2系统d-q数学模型的建立………………………………………16
2.2.3系统小信号数学模型……………………………………………18
2.3系统的控制方案……………………………………………………21
2.4变流器电流环的设计………………………………………………22
2.5滑模变结构控制理论………………………………………………25
2.5.1滑模变结构控制的基本问题……………………………………26
2.5.2滑模变结构控制的基本策略……………………………………26
2.5.3滑模变结构控制系统的动态品质………………………………27
2.6滑模控制器及电压环的设计………………………………………28
2.6.1广义控制对象的确定……………………………………………28
2.6.2滑模控制器的改进………………………………………………32
2.7本章小结……………………………………………………………36
第3章系统仿真研究……………………………………………………37
3.1空间矢量PWM(SVPWM)的基本原理……………………………37
3.2空间矢量的工作模式和时间的计算………………………………38
3.3空间矢量调制比及其对系统的影响………………………………42
3.4空间矢量的MATLAB仿真………………………………………43
3.5控制系统仿真研究………………………………………………45
3.5.1不忽略高次谐波下的总系统SPWM仿真……………………49
3.5.2不忽略高次谐波下的总系统空间矢量仿真……………………50
3.6本章小结……………………………………………………………52
第4章基于DSP软件实现……………………………………………53
4.1TMS320F240的结构与汇编原理……………………………………53
4.2TMS320F240的中断结构……………………………………………54
4.3TMS320F240的定点运算……………………………………………55
4.4系统控制的硬件和软件设计………………………………………56
4.4.1系统硬件设计……………………………………………………57
4.4.2系统软件设计……………………………………………………58
4.5本章小结……………………………………………………………60
第5章系统实验…………………………………………………………61
5.1开环实验……………………………………………………………62
5.2闭环实验……………………………………………………………64
5.2.1电流闭环实验……………………………………………………64
5.2.2电压闭环实验……………………………………………………67
5.3实验注意事项………………………………………………………69
5.4本章小结……………………………………………………………69
结论……………………………………………………………………………71
参考文献………………………………………………………………………72
攻读硕士学位期间所发表的论文……………………………………………77
致谢……………………………………………………………………………78
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