改善中频逆变器输出特性的研究

论文摘要

中频逆变器具有体积小、重量轻的特点，在舰船电源和航空电源中得到了大量应用。，但这些应用场合都要求逆变器的输出电压具有良好的稳态和动态特性。本文以单相400Hz恒压恒频逆变器为研究对象，以改善逆变器输出特性为目标，对中频逆变器的控制方法作了深入研究。本文首先针对单相PWM逆变器，利用状态空间平均法及线性化技术分别建立单相逆变器连续域和离散域数学模型，并从死区效应、非线性负载、直流偏磁等方面分析了逆变器波形畸变的主要原因；然后深入分析了典型的嵌入式重复控制器的稳定性、误差收敛速度以及稳态误差；最后对上述理论分析进行了仿真和实验验证，仿真和实验结果表明重复控制技术可以有效改善系统的稳态特性。为了简化重复控制器设计，本文提出了一种基于有源阻尼的重复控制方法，即采用有源阻尼的方案，增大逆变器阻尼，削弱逆变器在空载条件下的谐振峰，从而简化重复控制器中补偿器的设计。本文首先对比分析了各种不同有源阻尼方案，选择包含低通滤波环节的电压微分反馈实现有源阻尼简化重复控制器设计；然后提出了有源阻尼方案的参数设计方法，分析了低通滤波器参数对微分反馈效果影响，给出了简化后的重复控制器的补偿器设计方法；最后对提出的控制方法进行了仿真及实验验证，仿真和实验结果表明基于有源阻尼改进的重复控制器既可简化重复控制器的设计，又能获得较好的稳态特性。为了改善重复控制器的动态特性，本文提出了一种内环为状态反馈调节器，外环为重复控制器的复合控制策略。内层状态反馈调节器中，以电容电压、电容电压微分量为状态反馈量，采取极点配置的方法获取控制参数。积分环节引入可加强逆变器的抗扰动能力，提高内层状态反馈控制器的稳态精度，文中给出详细参数设计方法。复合控制技术，可简化重复控制器设计，且仿真与实验结果表明：逆变器采取复合控制技术，其动态性能得到明显改善，特别为带积分环节复合控制方案，效果更优。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 中频逆变电源概述
• 1.2 中频逆变电源波形控制技术
• 1.3 中频逆变电源控制特点
• 1.4 本文主要研究内容
• 2 中频逆变电源重复控制技术
• 2.1 单相电压源型逆变器数学模型
• 2.2 逆变器波形畸变原因
• 2.3 中频逆变器重复控制技术
• 2.4 单相 400HZ 逆变器重复控制器
• 2.5 本章小结
• 3 基于有源阻尼改进的 400HZ 逆变器重复控制策略
• 3.1 LC 滤波器有源阻尼控制算法
• 3.2 改进的重复控制器参数设计
• 3.3 基于电容电压反馈有源阻尼控制算法
• 3.4 本章小结
• 4 中频逆变器的复合控制技术
• 4.1 典型复合控制方案的对比分析
• 4.2 无电流传感器的复合控制方案
• 4.3 本章小结
• 5 实验平台与实验验证
• 5.1 实验平台介绍
• 5.2 软件设计
• 5.3 实验结果及分析
• 5.4 本章小结
• 6 全文总结及展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 未来研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录
• 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目