基于先进PID算法的SVPWM整流器控制研究

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随着全球化石能源的日益枯竭和环境问题的日趋严重,新能源的开发与利用越来越得到重视。风力发电、光伏发电、新能源汽车、燃料电池等行业的蓬勃兴起促进了电力电子技术的发展。三相电压型PWM整流器作为大功率变流器的常用拓扑结构,本身具有非线性、强耦合、时变等特点,所以需要性能优异的算法来进行控制。鉴于传统PID控制具有不可替代的优势,论文通过将PID控制与智能算法相结合,使得整流器控制系统响应速度快、稳定性高、控制精度好、抗干扰能力强。论文的主要工作如下:首先,详细介绍了PWM整流器工作的基本原理,分析了全控整流的优势。以三相电压型PWM整流器的拓扑结构为基础,利用坐标变换原理将三相静止坐标系中建立的整流器数学模型转换到两相旋转坐标系中。其次,在建立的整流器数学模型基础上,根据典型系统参数设计原理推导出电压环和电流环的PI系数理论值。针对直流侧电压阶跃响应缓慢的问题,设计了改进的单神经元自适应PID电压控制器,根据偏差变化对神经元系数K的取值进行自适应调整,使超调量和响应速度达到综合最优。为了提高整流器的抗干扰能力,利用模糊规则在线调整电流环的PI参数以使负载发生扰动时直流电压能迅速回归稳态。在上述控制系统研究的基础上,进一步阐述了SVPWM技术的基本原理和算法实现步骤。再次,在Matlab/Simulink环境中搭建整流器的仿真模型并对仿真结果进行了系统的分析。仿真结果表明改进后算法的神经元权值系数能够根据工况进行调整并快速收敛到稳定值进而使得电压阶跃响应在超调较小的情况下实现快速响应;当负载出现干扰时,电流环的PI参数根据规则进行自适应调整提升电流环的响应速度减小直流侧电压的跌落并使之快速回到稳态值,上述仿真表明先进PID算法比普通PID控制效果好。最后,以TMS320F28335芯片为核心设计了三相电压型PWM整流器控制平台。硬件方面包括元器件选型与控制电路各个模块的设计;软件方面包括系统主程序、定时器中断程序以及相关子程序的设计。
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