【文章內(nèi)容簡介】 理，詳細闡述空間矢量控制方案，引入模糊PID控制算法，并對模糊邏輯控制作簡要介紹。第三章在對PWM整流器工作原理以及控制方法分析的基礎(chǔ)上，進行硬件設(shè)計，主要包括開關(guān)器件設(shè)計，控制電路設(shè)計，保護電路的設(shè)計，驅(qū)動電路設(shè)計以及通信電路的設(shè)計。第四章在硬件電路設(shè)計基礎(chǔ)上，對三相電壓型高功率因數(shù)PWM整流器的軟件包括主程序以及各子模塊程序的設(shè)計。第五章在前面幾章的基礎(chǔ)上對模糊電壓型空間矢量控制系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，并進行仿真分析。最后一章對全文作總結(jié)，并對本課題研究作展望。第2章 三相電壓型PWM整流器控制技術(shù)的分析PWM整流器按直流儲能形式分類可以分為電流型和電壓型PWM整流器。按電網(wǎng)的相數(shù)來劃分又可以分為單向，三相以及多相電路。按開關(guān)調(diào)制分可分為軟開關(guān)和硬開關(guān)調(diào)制。按橋路結(jié)構(gòu)分又可以分為半橋式和全橋式電路。按調(diào)制電平分可分為二電平、三電平和多電平電路。按上面的分類方式，盡管多種多樣，但將PWM整流器分為電流型和電壓型PWM整流器兩類是最基本的分類方法，其原因是由于電流型以及電壓型PWM整流器，不管在主電路的結(jié)構(gòu)，它們的控制策略以及PWM信號發(fā)生等各方面都有各自獨特的特點。除此之外，其他分類方法都可以劃分在電流型或者是電壓型分類中。下面主要就三相電壓型PWM整流器作詳細分析，闡述三相電壓型PWM整流器電路的工作原理，然后對其作數(shù)學(xué)建模分析。三相電壓型PWM整流器電路結(jié)構(gòu)大致框圖如下圖2一1所示。圖2一1三相電壓型PWM整流器電路結(jié)構(gòu)如上圖所示，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要分三個部分，整流電路由主電路、控制電路、驅(qū)動電路三部分組成。其中，主電路完成電能的AC到DC變換，是整流器電路的核心部分?？刂齐娐穼χ麟娐愤M行控制，并根據(jù)具體需求結(jié)合一定的控制策略，實現(xiàn)直流輸出電壓穩(wěn)定和輸入電流正弦化。通過弱電控制強電，獲取接近于單位輸入功率因數(shù)，是整流器能否滿足性能指標(biāo)的關(guān)鍵部分。驅(qū)動電路起連接的作用，傳遞主電路和控制電路之間的信號，同時實現(xiàn)主電路和控制電路之間的電氣隔離，達到抗干擾的效果，保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性。三相電壓型PWM整流器主電路拓撲結(jié)構(gòu)如圖2一2所示。圖2一2三相橋式PWM整流器主電路結(jié)構(gòu)作為整流電路中功率變換部分的主電路，它由三相可逆整流橋構(gòu)成。突出優(yōu)點是整流橋輸入端電流及功率因數(shù)可控且電能可實現(xiàn)雙向流動，能用于單位功率因數(shù)整流。圖23三相PWM整流器控制結(jié)構(gòu)圖三相高功率因數(shù)PWM整流器控制電路結(jié)構(gòu)框圖如圖2一3所示。整個控制電路引進了模糊PID控制器，系統(tǒng)將引進的模糊控制與PI控制結(jié)合，除此之外，控制系統(tǒng)主要功能還有三相靜止坐標(biāo)與兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的相互轉(zhuǎn)換。此節(jié)就電壓型PWM整流器在坐標(biāo)系，dq坐標(biāo)系以及ABC坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型作初步的介紹，為后面章節(jié)的理論分析，系統(tǒng)仿真等作鋪墊。l)坐標(biāo)系坐標(biāo)系，也叫做兩相靜止坐標(biāo)系。利用空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，能實現(xiàn)ABC坐標(biāo)系和坐標(biāo)系的相互轉(zhuǎn)換。下面對坐標(biāo)系作簡要介紹:以坐標(biāo)變換前后的功率相等為前提，擬定矩陣與。是: 在坐標(biāo)系基礎(chǔ)上進行3s/2s轉(zhuǎn)換，數(shù)學(xué)模型為公式2一3中同時，在a一刀坐標(biāo)系基礎(chǔ)上定義下列空間矢量:電源電壓合成矢量:交流側(cè)電流合成矢量:開關(guān)函數(shù)合成矢量:橋臂中點電壓合成矢量:可得直流側(cè)電流為:其中，j代表虛數(shù)，由以上等式可得有功功率P與無功功率Q方程:2)dq坐標(biāo)系dq坐標(biāo)系與坐標(biāo)系相比，向坐標(biāo)系是兩相旋轉(zhuǎn)的。通過兩相靜止坐標(biāo)系可以轉(zhuǎn)換成兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，定義矩陣為:式中。為A相電壓與d軸向量夾角的初始值，在d一q坐標(biāo)系下建立的數(shù)學(xué)模型與a一刀坐標(biāo)系相同，如下式2一12。又有:由以上等式可得有功功率P與無功功率Q方程:3)ABC坐標(biāo)系在電壓型PWM整流器主電路圖中，假如網(wǎng)側(cè)三相電壓處于對稱狀態(tài)，IGBT管工作在理想情況下，定義開關(guān)函數(shù)如下:于是，與三相電壓型PWM整流器主電路等效的開關(guān)電路如圖2一4所示:由上圖可知，當(dāng)a相上橋臂截止，下橋臂接通。當(dāng)a相上橋臂接通，下橋臂截止，所以，于是，綜合以上等式可得:(以下等式中狀態(tài)變量為電容電壓與電感電流)由條件:三相電壓對稱可得因此得，綜合以上等式計算得三相PWM整流器在ABC坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型為式2一26中，由ABC坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型可知，三相電流解藕后才能實現(xiàn)單獨控制其三相的電流相位與波形?？臻g矢量PWM(SVPWM)控制思想的基本原理是利用逆變器各橋臂開關(guān)控制信號的不同組合，使逆變器的輸出電壓空間矢量的運行軌跡盡可能接近圓形。三相VSR空間矢量是三相輸入端電壓在復(fù)平面上的對應(yīng)分布，相應(yīng)的開關(guān)函數(shù)如下:由上式可以得到八種開關(guān)函數(shù)組合時，，對應(yīng)的比例關(guān)系。根據(jù)通用矢量等效原理，在滿足條件(t)+(t)+(t)=O情況下，對矢量v(t)在復(fù)平面上可以用如下等式表達:式228中的與表示兩相靜止坐標(biāo)下的量值，，為V(t)在復(fù)平面上的投影， =。現(xiàn)假設(shè)三相對稱的正弦波為，，則有:于是，在PWM情況下，，可分別得到如下等式:式2一30中，為前端電壓幅值，為電源電壓與整流器輸入點電壓相位的差值。綜合以上等式可得:因此，可以看出V(t)是一個以逆時針旋轉(zhuǎn)，以為半徑的圓?？臻g矢量V(t)在靜止坐標(biāo)系A(chǔ)BC上的投影如下圖所示:于是V(t)可換作另外一種表達，如下所示:將8種工作狀態(tài)(000)，(001)，(010)，(011)，(100)，(101)，(110)，(111)帶入得:由式2一33可知，對一給定的空間電壓矢量V，都能夠用8條三相電壓型PWM整流器空間電壓矢量來合成。如下圖所示存在6條模為2/3的空間電壓矢量，將復(fù)平面平均分為六個扇形區(qū)域I一VI，對于這六個扇形區(qū)域中任何一區(qū)的電壓矢量V，均可由該扇形區(qū)兩邊的空間電壓矢量來合成?？臻g矢量調(diào)制正是利用兩個零電壓矢量與六個非零的電壓矢量形成如上圖所示的空間電壓矢量圓，并且空間矢量脈寬調(diào)制信號是由三相開關(guān)時序提供的。本文實用空間電壓矢量控制方法的最終目標(biāo)是將基本空間矢量合成，將輸入端電壓與指令電壓相等。假設(shè)在(d，q)的坐標(biāo)系條件下，存在如下的三相電壓型空間矢量數(shù)學(xué)模型:則有: 從方程235可以知道，由于、與三相VSR之間存在禍合，導(dǎo)致設(shè)計電流控制器的復(fù)雜性。所以，為了消除因為、與三相VSR之間相互藕合而出現(xiàn)的問題，必須引進解禍控制方案。在引進禍合控制的同時，都使用PI調(diào)節(jié)來控制、的電流環(huán)。于是，在(d，q)坐標(biāo)系下，電流控制相應(yīng)的電壓指令是:在方程2一36中，、代表在(d，q)坐標(biāo)系下三相電壓空間矢量的指令電壓。而叮、獷則代表在(d，q)坐標(biāo)系下三相電壓空間矢量網(wǎng)側(cè)的指令電流。這樣一來，不僅完成了解藕控制，同時將PI控制調(diào)節(jié)也運用在毛、凡的電流環(huán)上。除此之外，上式中的三相電壓空間矢量廠還能完成三相VSR跟蹤電流控制。三相電壓型PWM整流器的SVPWM調(diào)制技術(shù)步驟為:l)電壓矢量V*的合成。2)V*扇區(qū)的判斷。3)空間矢量作用順序的確定。4)空間矢量作用時間的計算。具體的調(diào)制過程如下。三相VSR跟蹤電流控制的指令電壓矢量廠的確定是建立在、確定的基礎(chǔ)上，因此可以通過三相VSR空間電壓矢量 (k=0，…，7)來推導(dǎo)出V，從而完成VSR的跟蹤電流控制。現(xiàn)假設(shè)V*矢量在I區(qū)，如圖2一7所示:由正弦定理得所以有定義開關(guān)線為ABC三相軸線，則得到下式:依據(jù)下面表格中對應(yīng)的扇區(qū)就可以得到V*的扇區(qū)，表格如下:模糊邏輯控制把模擬人的思維方式作為模糊邏輯控制的基本準(zhǔn)則。模糊邏輯控制在設(shè)計結(jié)構(gòu)的時候需要確定模糊輸入變量與輸出變量，但是在選取模糊邏輯控制輸入變量和輸出變量的時候，還得參考人是如何獲取，如何操作等為基礎(chǔ)的。對于模糊邏輯控制的分類來說，可以分為單變量模糊邏輯控制和多模糊邏輯控制。顧名思義，單變量模糊邏輯控制就是輸入變量和輸出變量只有一個，多變量模糊邏輯控制存在多個輸出變量與輸入變量。就目前的模糊邏輯控制來說，基本的模糊PI控制結(jié)構(gòu)如下所示:圖2一10模糊PI控制結(jié)構(gòu)框圖模糊控制最主要也是核心的部位就是模糊控制器，它是通過人將預(yù)先設(shè)計好的控制步驟編入電腦，