用于柴油发电机的数控交流电源研究

论文摘要

本文针对柴油发电机作为一次电源,设计了一套单相逆变电源系统,将三相柴油发电机发出的三相交流电变换成单相工频交流电。对系统整体结构,系统硬件构成以及软件控制算法都做了较详细说明。重点分析比较了各种控制策略的优缺点。给出了输出电压瞬时值外环,电感电流内环的双闭环控制系统在全数字域下的设计方案,详细介绍了基于极点配置方法的双PI控制器参数设计步骤,并对控制器进行了离散化处理,使系统整体性能达到了较高水平。为完善双闭环控制系统性能,在此基础上进行了各种补偿技术的研究。具体包括直流母线电压前馈补偿,负载电流反馈补偿。另外,为达到成本节约目的,设计了负载电流观测器来估计实际负载电流,达到了准确、快速地估计实际值效果。为改善双闭环控制系统带整流性负载时输出波形质量较差的缺点,介绍了重复控制的基本理论和结构,仿真和实验结果均表示重复控制可以改善死区效应和非线性负载带来的波形畸变问题。但由于重复控制存在一个基波周期的控制延时,严重影响了系统的动态性能,因此在此基础上加入了双闭环控制,由此形成了复合控制策略。本文对复合控制系统结构和参数设计过程进行了说明,结果显示复合控制整合了双闭环和重复控制的优点,使逆变系统具有了较高的性能。最后设计了一台5kW的实验样机,采用了TI公司TMS 320F28335型DSP芯片作为主控制器。结果表明当采用复合控制策略时,系统具有较好的动稳态性能,较好地达到了设计任务指标。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 柴油发电机的应用与发展趋势
• 1.2 逆变电源的现状和发展趋势
• 1.3 波形控制技术概述
• 1.4 本文选题意义与研究内容
• 第二章 逆变系统结构选择及硬件电路设计
• 2.1 逆变结构主电路拓扑选择
• 2.2 主要器件参数的选择
• 2.2.1 整流二极管参数选择
• 2.2.2 逆变功率器件参数选择
• 2.2.3 输出LC滤波器设计
• 2.3 采样与驱动电路设计
• 2.3.1 采样电路设计
• 2.3.2 驱动电路设计
• 2.4 人机界面设计
• 2.5 DSP最小系统设计
• 2.5.1 控制板电源部分设计
• 2.5.2 时钟电路
• 2.5.3 JTAG接口电路
• 2.5.4 复位电路
• 2.6 本章小结
• 第三章 逆变系统数字双闭环控制系统设计
• 3.1 电压型单相全桥逆变器数学模型分析
• 3.1.1 连续状态空间模型
• 3.1.2 离散状态空间差分方程模型
• 3.2 数字双闭环控制系统设计
• 3.2.1 双闭环控制结构及控制器选择
• 3.2.2 基于极点配置的控制器参数设计
• 3.2.3 极点配置法性能分析
• 3.2.4 模拟控制器的离散化
• 3.3 SPWM调制方法分析
• 3.3.1 双极性SPWM调制
• 3.3.2 单极性SPWM调制
• 3.3.3 单极性倍频SPWM调制
• 3.4 仿真结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于双闭环的逆变系统补偿技术
• 4.1 直流母线电压前馈技术
• 4.1.1 直流母线电容与系统稳定性分析
• 4.1.2 直流母线电压波动对双闭环系统的影响
• 4.1.3 直流母线电压解耦前馈原理
• 4.2 负载电流反馈技术
• 4.2.1 负载电流反馈补偿分析
• 4.2.2 负载电流状态观测器设计
• 4.3 仿真结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 逆变系统数字重复控制及复合控制系统设计
• 5.1 重复控制系统设计
• 5.1.1 重复控制器的基本理论与结构
• 5.1.2 重复控制器补偿器设计
• 5.1.3 重复控制器的性能分析
• 5.2 重复控制器参数设计
• 5.2.1 补偿器参数设计
• 5.2.2 实际控制器性能分析
• 5.3 复合控制系统设计
• 5.3.1 复合控制的基本理论与结构
• 5.3.2 复合控制器参数设计过程
• 5.4 仿真结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 实验结果与分析
• 6.1 双闭环实验波形
• 6.2 直流母线电压前馈实验波形
• 6.3 负载电流观测器实验波形
• 6.4 重复控制与复合控制实验波形
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录1: 攻读硕士期间发表的论文
• 附录2: 实物照片