三相电压型高功率因数PWM整流器研究

1、武汉理工大学硕士学位论文三相电压型高功率因数PWM整流器研究姓名：刘当申请学位级别：硕士专业：控制科学与工程指导教师：李向明20100501摘要随着现代经济的飞速发展，人们对电能的需求量在不断的增加，因而对电网的质量提出了更高的要求。在传统的电网中，为减少无功含量，一般采用相控或者是不控整流电路，但传统的整流器给电网中注入了大量的谐波污染，因而对电网的污染也就更加明显。除此之外，电网无功功率的污染，还会导致电能损失，电网故障以及给予用户生命财产安全带来的危害已经不可以忽视，对此必须采取行之有效的措施来减少电网中谐波污染。在科技发展的今天，相控整流电路以及不控整流电路，已经不能满足现代电力发展的

2、需求，无法更好的使如今电网处在高效工作状态，所以不得不被取代，整流技术应运而生。整流器已经弥补了相控整流器或不控整流器功率因数低，能量只能单相流动，谐波污染严重等缺陷。取而代之的是整流器可以实现能量的双向流动，功率因数可以到达单位功率因数，电路性能稳定以及消除谐波污染等。整流器是解决谐波污染最有效的方法之一。论文首先分析了功率因数问题，谐波污染问题，整流器原理，整流器控制手段，以及主电路拓扑结构，系统的阐述了空间矢量控制方案，并将模糊控制引入空间矢量控制中，实现了模糊空间矢量控制；然后，在此基础上设计出三相电压型高功率因数整流器硬件电路结构以及控制系统结构，其中主要包括网侧电流，网侧电感的选择

3、，主开关管的设计，保护电路的设计，驱动电路的设计以及模糊控制的设计；其次，在硬件设计的基础上，研究了相应的软件实现方法，主要包含主程序设计，中断程序设计，键盘和显示程序设计等，最后，对模糊空间矢量控制建立数学模型，并对仿真结果进行总结和分析。结果表明，基于三相电压型高功率因数整流器，除了能够实现高功率因数外，还可以消除谐波，实现能量双向流动，以及改善了整流器整体性能，满足了消除电网谐波污染的要求。三相电压型高功率因数整流器已经成为目前解决谐波污染的主要方法之一。关键词：谐波污染，整流器，功率因数，模糊控制，；，（），；，：，独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得

4、的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了说明并表示了致谢。叫关于论文使用授权的说明本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位

5、论文，并向社会公众提供信息服务。（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）：名导师（签名）：加碾朝。扒。武汉理工大学硕士学位论文第章绪论课题研究背景谐波污染问题近年以来，电力电子技术已经得到了飞速的发展，并广泛应用到电力、工业冶金、通讯、家用电器、化学工业、煤炭等各领域。随着应用电力电子装置的普及，电网中存在的谐波污染问题逐渐严重。目前大多数的电力电子装置都是通过整流器与电力网彼此连接。比较经典的整流器是由晶闸管或者是二极管组成的非线性电路，但如上所述的电路存在以下几方面的问题：）输入电流谐波含量高：”从电网吸取无功功率，输入功率因数低；）交流侧电网电压产生畸变；）整流器效率低引。现代电

6、力电子装置已经成为目前电网最主要的谐波源。传统整流器因对电网的污染，已成为电力公害。因此传统整流器已经无法满足现代电力网的需要，整流技术也面临前所未有的挑战。功率因数问题在交流电路中，电压与电流之间的相位差（西）的余弦被定义为功率因数，用符号（表示，在数值上，功率因数就是用有功功率除以视在功率所得到的比值，即，。对于线性负载组成的电路，如果加的电压是正弦的，产生的电流是正弦的；而功率因数在非线性负载的电路中，加上正弦电压后，它所产生的电流不是正弦的。然而与网侧电压归结为同一个频率的周期信号。傅立叶级数分解如下：，忸（）（）如上式，当刀时，值为基波电流的大小；当取其他参数值时，值都属于谐波分量。

7、该谐波分量的电流有效值总和为：）（武汉理工大学硕士学位论文（）根据正弦电路功率因数定义的公式：尸坐哑：掣。其中，为输入电流波形的畸变因数。在这里，为反映电流畸变程度，专门定义为总谐波畸变率（）：生×（卜）厶矽称为位移因数。由上述公式可得，功率因数由输入电流波形的畸变因数以及位移因数，来决定。目前很大一部分变流装备都要用到整流这个环节，通过这个整流环节能够得到直流电压。由于整流环节广泛采用的是不可控整流电路或者是相控整流电路，因此给电网注入大量谐波与无功，造成严重的电网污染。不控整流电路在带电容滤波，轻载时稍微超前，但是随负载增加而滞后，因此谐波也越大，功率因数随之而降低。常用相控整流

8、电路的功率因数由表达式（单相桥式全控整流电路）和（三相桥式全控整流电路）可得，电力电子装置在正常工作时会消耗大量无功功率。大量的无功功率会对电网造成不可小视的破坏。无功功率的增加使总电流增大，无功功率的增加会导致电流的增大和视在功率的增大，线路的电压降增大，如果是冲击性无功功率负载，还会使电压产生剧烈波动，使供电质量降低，影响其它设备的正常运行。所以必须研究与传统整流器不同的高功率因数整流器来消除或减小电网谐波污染。课题研究目的和意义随着科学技术的不断发展，功率半导体开关器件性能不断提高，已从早期使用比较普遍的半控型功率半导体开关，如普通晶闸管（）发展到现在性能各个都不一样并且类型繁多的全控性

9、功率开关，如双极性晶体管（）、门极关断晶闸管（）、功率场效应管（）等。但是这些整流环节采用的都是二极管不可控整流电路或晶闸管相控整流电路，对电网注入大量谐波及无武汉理工大学硕士学位论文功，造成了相当严重的电网污染。治理这种电网污染最根本的措施是，要求变流装置实现网侧电流正弦化，且运行于单位功率因数【引。消除谐波污染、提高电力电子装置的电磁兼容性（）、能量转换效率和质量己成为电力电子应用领域的研究热点之一。目前来说，有两种方法来抑制电力电子装置产生的谐波：一是主动式的，这就要求设计人员设计出新的高性能整流器，具有输入电流为正弦、谐波含量少、功率因数高等优点；另一种方法是被动式的，就是采用有源滤波

10、电路或者无源滤波电路来旁路或补偿谐波【。相比而言，前一种方法在中小功率范围内具有成本低、性能好、效率高等优点。整流器就是在以上原因发展起来的。整流器作为有源功率因数校正器，除了能够实现能量的双向流动外，电路性能也比较稳定。整流器配合逆变器可以构成理想的四象限交流调速用变流器，即双变流器。功率因数校正电路也因此得到了很大的发展，并成为电力电子学目前研究的重要方向之一。因此，本课题研究的主要目的就是研发出一种新型的整流器来消除电网中谐波污染，提高电网质量；本课题研究的主要意义是解决谐波和无功问题，保证电力电子装置的正常运行。这种新型高功率因数整流器可以减少对电网的污染、提高系统效率、体积小、重量轻

11、、模块化，维护起来也比较方便。三相电压型整流器国内外研究现状关于三相变换技术的相关课题研究，国际上目前已经处于实用阶段；而国内目前主要还是以实验研究为主。近年以来，整流器技术一直是学术界关注和研究的热点，随着研究的不断深入，基于整流器的拓扑结构以及控制的拓展等，相关的应用研究也随之发展起来，如有源滤波器、交流传动、超导储能、统一潮流无功补偿控制以及高压直流输电等，这些研究也因此而促进了整流以及控制技术的进步和完掣。关于整流器主电路拓扑结构的研究整流器技术，经过近多年的研究和探索，得到了很大的改进和完善。整流器的电路拓扑结构从单相、三相电路发展到目前多相组合或者是多电平拓扑电路；开关由以往比较简

12、单的硬开关改进成目前的软开关控制：功武汉理工大学硕士学位论文率等级也有所上升，从千瓦上升到兆瓦。下面对单相桥式整流器主电路拓扑结构和三相桥式整流器主电路拓扑结构作简单介绍。单相桥式整流器主电路结构如图（）所示，通过四个功率开关管。来进行控制，交流输入端可以产生正弦调制波。在正弦调制波中，只含有与被调制的正弦信号波频率相同并且幅值成一定比例关系的基波分量，以及与三角载波相关的高次谐波，而没有低次谐波。对于电路中高次谐波成分，电感的滤波作用会使其产生很小脉动。图单相桥式整流器主电路结构三相桥式整流器主电路通过功率开关管对电路正弦波控制，使网侧电流与电压正弦化并同相位，可以实现单位功率因数。对于三相

13、电压型整流器，能量从交流侧流向直流侧，可以实现能量的双向流动。直流侧电容可以实现直流储能。此三相整流器交流侧采用三相对称无中线连接方式，功率开关只。关于整流器控制技术的研究控制技术是整流器中至关重要的因数之一。一般来讲，整流器所控制的对象是输入电流或者是输出电压，其中对网侧输入电流的控制是整流器控制的关键所在，这是由于应用整流器的目的是使输入电流正弦化，让网侧电压与电流同相位，从而使系统达到单位功率因数运行。目前整流器的电流控制方法主要有直接电流控制和间接电流控制方式（又称为幅相控制）两种。由于直接电流控制方式引入网侧电流反馈参与控制器设计，因而其网侧电流响应速度较快，控制精度也比较高，但是由

14、于此方案需要增加电流传感器来对网侧电流进行检测，因而增加了整个系统的设计成本。武汉理工大学硕士学位论文而间接电流控制方式的设计，是建立在整流器的低频稳态数学模型基础上的，因而其动态响应相比直接电流控制来说速度较慢，控制效果相对于直接电流控制方式较差，但是由于间接电流控制设计时不需要电流传感器引入电流反馈，因而其电路整体实现起来简单，系统成本相比较低些，从而也获得了广泛的应用【】。一般而言，基于空间矢量的控制在电压型整流器电流控制中取得了广泛应用。至于间接电流控制，它不是直接对输入电流进行控制，而是通过间接控制三相整流桥的交流输入端电压，以达到对输入电流的控制。这种控制方法没有引入交流电流反馈信

15、号，而是通过对整流桥的交流输入端电压呓的控制间接控制输入电流，故称间接电流控制。又因为其直接控制量为吃，所以又称为相位和幅值控制。：图间接电流控制结构图如上图所示，间接电流控制方法引进电压环，通过此电压环得到一个交流电流幅值，然后经过两个乘法器将无功分量和有功分量分离，经过和尺环节之后，得到一个电压信号，与电源电压比较，得到给定的电压调制正弦信号，此正弦信号与三角波交截而产生信号来控制主电路的正常工作。采用此控制电路，结构简单，但输入电流响应速度慢。而直接电流控制是通过相关运算来算得网侧电流的指令值，来控制网侧电流，主要采用的是网侧电流闭环控制方法。它不但提高了网侧电流的动态和静态性能，还增强

16、了系统鲁棒性。因此，在整流器控制技术的发展过程中，直接电流控制方法受到热切关注。下面对电流控制方法中的滞环电流控制与定时瞬时电流比较法作简要阐述。滞环电流比较法控制是一种瞬时值反馈控制的模式，其原理是将给定电流信号与实际检测的输入电流信号进行比较，当实际电流小于给定值，就通过改武汉理工大学硕士学位论文变整流器开关状态来增加电流，相反，当实际电流大于给定值，就通过改变整流器开关状态来减小电流，因而使实际电流跟踪指令电流。在这里，跟踪误差是固定的，由滞环环宽决定。其基本的控制框图如下图。所示。卜咂卜岬乞：厂一一士日离莹毛吓日酉了一口图卜滞环电流比较法控制框图电流滞环控制方式存在如下缺点：（）其开关

17、频率不固定，引起开关状态的任意性；（）开关频率变化的范围太大。图定时瞬时电流比较控制框图定时瞬时电流比较控制法，与滞环电流比较控制法相比较，不同的是定时瞬时电流比较控制法是通过时钟信号将时间固定，即定时将检测电流与指令电流比较，从而产生控制系统电路中功率开关管的驱动信号，使输入的电流呈锯齿形状来跟踪指令电流信号。虽然定时瞬时电流比较控制法克服了滞环电流比较控制法开关频率不好控制这个缺点，但是就整个控制电路来说，比较复杂，并使电流的跟踪误差受到电网电压负面影响。论文的主要研究工作针对电网谐波污染问题，研究三相电压型整流器，以使网侧电压与电流正弦并且同相位，实现单位功率因数。在硬件设计基础上，建立

18、整流器数学武汉理工大学硕士学位论文模型，通过仿真实验验证设计可行性。本文第一章简述谐波污染与功率因数问题，以及本课题研究的主要目的和意义，介绍了关于整流器主电路拓扑结构，电流控制方法，并概括了本文的主要研究工作；第二章分析了单相与三相电压型整流器工作原理，详细阐述空间矢量控制方案，引入模糊控制算法，并对模糊逻辑控制作简要介绍；第三章在对整流器工作原理以及控制方法分析的基础上，进行硬件设计，主要包括开关器件设计，控制电路设计，保护电路的设计，驱动电路设计以及通信电路的设计；第四章在硬件电路设计基础上，对三相电压型高功率因数整流器的软件包括主程序以及各子模块程序的设计；第五章在前面几章的基础上对模

19、糊电压型空间矢量控制系统建立数学模型，并进行仿真分析；最后一章对全文作总结，并对本课题研究作展望。武汉理工大学硕七学位论文第章三相电压型整流器控制技术的分析整流器工作原理及数学模型的建立整流器按直流储能形式分类可以分为电流型和电压型整流器；按电网的相数来划分又可以分为单向，三相以及多相电路：按开关调制分可分为软开关和硬开关调制；按桥路结构分又可以分为半桥式和全桥式电路；按调制电平分可分为二电平、三电平和多电平电路【。按上面的分类方式，尽管多种多样，但将整流器分为电流型和电压型整流器两类是最基本的分类方法，其原因是由于电流型以及电压型整流器，不管在主电路的结构，它们的控制策略以及信号发生等各方面

20、都有各自独特的特点。除此之外，其他分类方法都可以划分在电流型或者是电压型分类中【。下面主要就三相电压型整流器作详细分析，阐述三相电压型整流器电路的工作原理，然后对其作数学建模分析。三相电压型整流器电路结构及原理三相电压型整流器电路结构大致框图如下图所示。图三相电压型整流器电路结构如上图所示，系统结构主要分三个部分，整流电路由主电路、控制电路、驱动电路三部分组成。其中，主电路完成电能的到变换，是整流器电路的核心部分；控制电路对主电路进行控制，并根据具体需求结合一定的控制策略，实现直流输出电压稳定和输入电流正弦化。通过弱电控制强电，获取接近于单位输入功率因数，是整流器能否满足性能指标的关键部分。驱

21、动电路起连武汉理工大学硕士学位论文接的作用，传递主电路和控制电路之间的信号，同时实现主电路和控制电路之间的电气隔离，达到抗干扰的效果，保证系统工作的稳定性和可靠性。三相电压型整流器主电路拓扑结构如图所示。图三相桥式整流器主电路结构作为整流电路中功率变换部分的主电路，它由三相可逆整流桥构成。突出优点是整流桥输入端电流及功率因数可控且电能可实现双向流动，能用于单位功率因数整流。图三相整流器控制结构框图三相高功率因数整流器控制电路结构框图如图所示。整个控制电路引进了模糊控制器，系统将引进的模糊控制与控制结合，除此之外，控制系统主要功能还有三相静止坐标与两相旋转坐标的相互转换。三相电压型整流器的数学建

22、模推导武汉理工大学硕十学位论文此节就电压型整流器在一坐标系，如坐标系以及坐标系的数学模型作初步的介绍，为后面章节的理论分析，系统仿真等作铺垫。）口一夕坐标系口一坐标系，也叫做两相静止坐标系。利用空问坐标转换，能实现坐标系和口一夕坐标系的相互转换。下面对一夕坐标系作简要介绍：以坐标变换前后的功率相等为前提，拟定矩阵时，印与乙，。解是：厘一三一巫一鱼（）僦邸一删蠢在口一坐标系基础上进行转换，数学模型为：公式中：（。）（）一一；，）；之，玩彳，岛乙，俄【只，最，足】。一；肛慨（，去）；。一瓦同时，在口一坐标系基础上定义下列空间矢量：电源电压合成矢量：疋一心层（口）（）（）捌懒撇引之吨信（”一）（）开

23、关函数合成矢量：最群信（邑口鼠口）桥臂中点电压合成矢量：量配（）可得直流侧电流为：屯瓯疋疋乜其中，代表虚数，口了；口吖了：由以上等式可得有功功率与无功功率方程：（）龟，乏【龟）如坐标系坐标系可以转换成两相旋转坐标系，定义矩阵为：协，屺哼坐标系与口一坐标系相比，坐标系是两相旋转的。通过两相静止￥秒啷秒协由懈、厅：三秒一目二垒一一秒一一伊（）一一，一一三口一一秒昙矽型垒秒插了压了秒式中，秒够，（为相电压与轴向量夹角的初始值，在坐标系下建立的数学模型与口一坐标系相同，如下式。等式中，（）三）；乜乜虬；么：锄鲫，足纰【去】；母只土墨又有：武汉理工大学硕士学位论文“【圪匕一】。（）龟气乙，缏阮龟（）屯酊

24、乙，由匿订岛审，脚晦由以上等式可得有功功率与无功功率方程：（）（）叫。（）。龟一）坐标系在电压型整流器主电路图中，假如网侧三相电压处于对称状态，管工作在理想情况下，定义开关函数如下：墨嚣，罴（嘞，”，相上桥臂导通，下桥臂关断协于县与三相电乐嚣！罄流器丰电路等效的开关申路如图所示：一彳，旦贫、！点莲兰莲，图三相电压型整流器主电路等效开关电路由上图可知，当相上桥臂截止，下桥臂接通，则，吒；当相上桥臂接通，下桥臂截止，则，。所以，以（）武汉理工大学硕十学位论文黼（）吒于是，（）之十最十（）乞咒墨（之之），（）最（之。之）瓯综合以上等式可得：（以下等式中状态变量为电容电压与电感电流）厶厶厶（）一（甜删

25、矽们）一（甜删）旃一衍呶一班西一出酢一（）（）警寸鼍鼍由条件：三相电压对称可得：【之之，因此得：。（）“加一坐雩趔（）综合以上等式计算得三相整流器在坐标系下的数学模型为：武汉理工大学硕士学位论文丘冬一之一（一墨）配丘皇一愿一（叉曼）丘拿一之一（篷一是）玑）警吨峨盼鼍噜式中，墨鱼量鼬后才能实现单独控制其三相的电流相位与波形。由坐标系数学模型可知，三相电流解耦空间矢量控制算法的介绍三相电压型空间矢量的分布空间矢量（）控￥思想的基本原理是利用逆燹器各桥臂开关控制信号的不同组合，使逆变器的输出电压空间矢量的运行轨迹尽可能接近圆形。三相空间矢量是三相输入端电压在复平面上的对应分布，相应的开关函数如下：匕

26、一三（屯）一了（怕）卜：一三（口）量（）在复平面可以用如下等式表达：。讲，由上式可以得到八种开关函数组合时，虬。，吃。与。对应的比例关系。根据通用矢量等效原理，在满足条件。（）（）甜。（）情况下，对矢咐（屹）巩鹏（）武汉理工大学硕士学位论文式中的屹与表示两相静止坐标下的量值，屹，为（）在复，垒平面上的投影，口一。现假设三相对称的正弦波为虬，则有：虬巩（）（）（）虬砜（）于是，在情况下，屹，可分别得到如下等式：屹圪（一厂）圪（一厂一）：吃（一）式中，为前端电压幅值，为电源电压与整流器输入点电压相位的差值。综合以上等式可得：（）（）鲫一，（）因此，可以看出矿（）是一个以国逆时针旋转，以圪为半径的圆

27、。空间矢量矿）在静止坐标系上的投影如下图所示：口图空间矢量（）在坐标系下的投影于是（）可换作另外一种表达，如下所示：（）（蹋口）（）将种工作状态（），（），（），（），（），（），（），（）带入得：武汉理工大学硕士学位论文圪詈号州，“）（）巧由式可知，对一给定的空间电压矢量，都能够用条三相电压型整流器空日电压矢量来合成。如下图所示：图空间矢量合成图存在条模为的空间电压矢量，将复平面平均分为六个扇形区域，对于这六个扇形区域中任何一区的电压矢量旷，均可由该扇形区两边的空间电压矢量来合成。空间矢量调制正是利用两个零电压矢量与六个非零的电压矢量形成如上图所示的空间电压矢量圆，并且空间矢量脉宽调制信号是

28、由三相开关时序提供的。本文实用空间电压矢量控制方法的最终目标是将基本空间矢量合成，将输入端电压与指令电压相等。指令电压矢量的生成假设在（，）坐标系条件，存在如的三相电压型空司矢量数学模型：尺品卅蹦则有：协，气一彩三艺一（尺）（）从方程可以知道，由于屯、乙与三相之间存在耦合，导致设计电流一（印尺）艺武汉理工大学硕十学论文控制器的复杂性。所以，为了消除因为、乞与三相之间相互耦合而出现的问题，必须引进解耦控制方案；在引进耦合控制的同时，都使用调节来控制乞、乞的电流环。于是，在（，）坐标系下，电流控制相应的电压指令是矿屹（尸！边）（乞一易）国毛：（）（坼警）（），在方程中，。、代表在（，）坐标系下三相

29、电压空间矢量的指令电压；而屯、口则代表在（，）坐标系下三相电压空间矢量网侧的指令电流。这样一来，不仅完成了解耦控制，同时将控制调节也运用在、的电流环上。除此之外，上式中的三相电压空间矢量还能完成三相跟踪电流控制。电压空间矢量调制控制三相电压型整流器的调制技术步骤为：）电压矢量的合成；扇区的判断；空间矢量作用顺序的确定；空间矢量作用时间的计算。具体的调制过程如下【。电压矢量的合成三相脚跟踪电流控制的指令电压矢量矿的确定是建立在屹、确定的基础上，因此可以通过三相空间电压矢量圪（七，）来推导出，从而完成的跟踪电流控制。现假设矢量在区，如图所示：图矿矢量的合成武汉理工大学硕士学位论文盟：塑：盟协，一“

30、。争五矿鲫川）万一五压一历一矿吼臼（）霉一互一互扇区的判断定义开关线为三相轴线，则得到下式：。哆协孚嘭（）铲一孚吃劬（）木劬（）木切（）（）依据下面表格中对应的扇区就可以得到的扇区，表格如下：表对应扇区查询表所属扇区空间矢量作用顺序和作用时间的确定由上文提到的结论：扇形区任何一个区的空间矢量旷都可以用与此扇区相武汉理工大学硕士学位论文邻的两个扇区的空间矢量来合成。现选取扇区作简要的分析，令与砭作为的合成矢量，设时间为一个整流周期，则在一个内，有如下等式：专打！专（石互屹）其中，巧与作用时间由与五表示。如果整流频率远高于，则上式可近似得（）一乏圪）（）一下零矢量作用时间乙将零矢量（）代入，可由巧

31、与土戌表示，一互。则的合成示意图如下所示。盟图空间矢量的合成示意图根据上图与等式矿。（正圪）可得护。匕匕（）驴口毛一乃们旷石一乃互一霉由此可推导出：互互如。屹一喊）（）每亟。按如上方法依次推导其他扇区，能够得到通用表达式：武汉理工大学硕士学位论文以碱，：亟三碱口（）譬嵋一吾娥上式中后薏。其中互和互可根据下表来求取对应的时间值。表扇区与对应时间查询表扇区号扇区扇区扇区扇区扇区扇区乃如果假设乃坠尸瓦：乏冬二（）互式中，乙，瓦，互是通过和三角波比较后得到的整流波形的比较值，各个扇区具体对应的瓦，瓦，乙如下表所示：表扇区对应的瓦，瓦，瓦表扇区号相相相瓦瓦互瓦瓦瓦疋乃瓦瓦瓦乃瓦瓦瓦武汉理工大学硕十学位论

32、文下面对第扇区的开关信号作相关图形说明。霉兀协么瓦瓦瓦一一一丁图开关信号示意图顾及到调制现象，如果互互瓦，那么互丧互焘模糊逻辑控制算法的实现模糊控制结构与理论基础（）（）模糊逻辑控制把模拟人的思维方式作为模糊逻辑控制的基本准则。模糊逻辑控制在设计结构的时候需要确定模糊输入变量与输出变量，但是在选取模糊逻辑控制输入变量和输出变量的时候，还得参考人是如何获取，如何操作等为基础的。对于模糊逻辑控制的分类来说，可以分为单变量模糊逻辑控制和多模糊逻辑控制。顾名思义，单变量模糊逻辑控制就是输入变量和输出变量只有一个，多变量模糊逻辑控制存在多个输出变量与输入变量。武汉理工大学硕士学位论文就目前的模糊逻辑控制

33、来说，基本的模糊控制结构如下所示：图模糊控制结构框图模糊控制最主要也是核心的部位就是模糊控制器，它是通过人将预先设计好的控制步骤编入电脑，并由电脑实施控制的。如上图所示，将反馈值与给定值比较，获取一个误差信号，然后由模糊控制器将误差信号模糊化，从而得到一个模糊量。但是，目前的模糊逻辑控制还不够完善，主要有以下不足：稳定性能和准确度不是很好，随控制对象变化的随机性不是很完善，还有就是目前在多变量模糊控制上研发深度不够，有待加深。模糊控制设计目前在工业控制领域，使用的各种控制系统，或多或少存在问题，比如存在随机干扰，非线性变化，滞后或者无法建立精确的数学模型。模糊控制就是在这样的基础上发展起来，以

34、解决之前控制系统的缺陷。因为模糊控制系统的建立不需要建立非常精确的数学模型，除此之外，模糊逻辑控制系统能够随机符合变化着的各种输入因数，以及精确度很高。根据上面提到的，模糊逻辑控制对控制对象的要求与以往的控制系统不同，它的控制对象是人为化的语言变量控制对象。通过监控语言变量这个监控对象，在系统各动态参数分析的基础上，得到模糊逻辑控制量。也就是说，它的适应能力很强。模糊控制系统不仅响应快，并且超调非常小。就现在普遍使用的模糊控制系统结构而言，大致可以归结为三种方案：第一种结构是模糊逻辑控制器对控制系统里面的部分参数作修正，来达到减小上升时间和超调的目的，如图所示；第二种结构是串联模糊控制与控制器

35、，如图所示；第三种结构是并联模糊控制与控制器，如图所示。这样一来，当控制对象检测值与时间给定值出现大的偏差时，并联环节中武汉理工大学硕士学位论文的模糊逻辑控制器工作，来减少过度时间；当出现小的偏差时，控制器工作来维持偏差的准确度与稳定度【。图模糊控制调节控制系统参数结构图图模糊控制与控制串联结构图图模糊控制与控制并联结构图模糊量的模糊化与判决方案因为模糊控制对象必须是模糊量，否则无法通过模糊控制。所以，输入变量起初都是精确量，必须经过模糊化，将其转换为模糊量。现在把【，】当作基本领域，将其划分为等份，每一等份作为一个模糊集。之后将模糊控制语言变量与模糊集逐一连接起来，那么起初输入的精确量就都可

36、以用模糊量表示出来，例如附近用表示。武汉理工大学硕士学位论文表模糊变量隶属度复制表模糊变最归属度赋值表量化等级语言变量归属量对于不在如上表所示规定的范围内时，可以先将其转换在此范围内，计算公式为一（口）（一口）。值计算的结果必须为整数，对于计算结果不为整的数值作四舍五入处理。但在具体操作时，对于实际区间口，将其精确的变量转换成卜，中模糊变量，于是可以得到一（）（）；在变换区间前后不是相互对称的时候，（聊，）一（）（一口），从而计算出个模糊输出变量。如下所示，为模糊逻辑电流调节器控制图与模糊逻辑控制器结构。微控制器图模糊逻辑电流调节器控制图武汉理学硕十学位论文规则库模解糊模化模糊推理糊隶属函数图

37、模糊逻辑控制器结构在模糊逻辑控制系统中，任何一个归属于整个全局变量的输入控制对象，都能够划分成七个语言变量：（负大），（负中），（负小），（零），船（正小），（扣），（：）”。模糊逻辑控制系统输入函数的划分与模糊集具体情况如下图表示。图模糊集分布图如上图可以看出，其中任一个集合与自己相邻的集合有一半处在重叠状态。武汉理工大学硕士学位论文（）幅值输出成员函数图相角输出与幅值输出成员函数图如上图（）所示，相角输出被平均分成等份，也就是上面提到的模糊集，即一，每两个之间相差的角度为。；幅值输出被划分成六个集，即一。综合，就是模糊逻辑控制参考电压的相角输出与幅值输出。模糊控制图如下所示：援嘲一一，。一

38、矿卜】量化因子与比例因子的选择武汉理工大学硕士学位论文所谓量化因子，就是将输入变量从基本论域转换到相应的模糊集的论域，这是模糊转换过程中必须存在的因子，用恐来表示量化因子，有如下等式：（）对于量化因子琏的取值而言，由于模糊集的论域与基本论域比较来说较广，也因此远远超过单位。虽然输入变量经过了模糊逻辑控制，但其输出的控制量还不能用来控制被控对象，还必须要将得到的控制量用对应公式转换成被控对象所能接受的论域中，这就要引进比例因子，比例因子。等于：疋咒（）通过上面提及到的两个等式可知，比例因子的实质是用作比例关系而存在的，量化因子却对被控对象有量化的作用。在设计模糊逻辑控制系统的同时，必须要重点考虑

39、量化因子与比例因子该如何设计才能最好的满足系统的需求，根据理论与实验分析，如果不能很好的处理这两者之间的相互关系或者是不同量化因子之间的相对联系，对控制系统稳定性以及控制性能将带来很大的影响。在这里择取如下表达式为量化因子：惭）之所以这样选择，是为了尽可能的降低规则数量。（）从上式可以看出，选取量化因子的规则就是取圪，圪中绝对值最大一个。关于选取比例因子与量化因子，在实际操作过程中，两者并非独一无二，恰恰相反，存在多种组合，并且各种组合都能让整个模糊逻辑控制系统得到不错的响应特性。相比那些相对来说复杂的控制系统，有些特定的比例因子与逻辑因子无法达到预期的效果，可以考虑在控制对象的同时去相应改变

40、比例因子和量化因子，这样一来，通过改变控制期间不同时期的控制特性，能够得到更好控制效果。武汉理工大学硕士学位论文第章三相电压型高功率因数整流器硬件设计硬件电路主结构三相电压型高功率因数整流器硬件设计主要包含以下几个部分：）开关管选择；）交流侧电感的选取；）直流侧电容的确定；）辅助电路设计，包括过流过压保护，上下桥臂互锁等；）驱动电路的设计；）信号检测电路与调理电路的设计；）通讯电路的设计。其中，直流侧的电容是用来存储能量，交流侧的电感是用来网侧电流滤波；保护电路的设计，主要是完成上桥臂与下桥臂的互锁，过流过压检测和保护预处理等；信号检测电路主要包括直流侧电压检测电路，交流侧电流检测电路；信号调

41、理电路最主要的目的是为了将双极性的数字电信号转换为模拟信号；通讯电路的设计主要是实现人机界面控制与操作，以便实现数学模型仿真。图三相电压型高功率因数整流器结构框图武汉理工大学硕十学位论文三相电压型高功率因数整流器的整体结构框图如下图所示。整个系统由三相交流侧，由个管组成的主控制模块以及直流侧三个部分构成的三相半桥电压型整流器。下框图中核心控制部分，完成任务包括模数转换，两相坐标与三相坐标之间的相互变换，控制算法，空间矢量调制控制等等。控制芯片简介本文采用的芯片特性如下：（）改进型哈佛结构，条具有灵活寻址模式的基本指令，位宽指令，位宽数据总线，片上闪存程序存储空间，字节片上数据；（）个中断源，个

42、外部中断源，个处理器异常和软件陷阱；（）引擎特性：模和位反转寻址模式，两个具有可选饱和逻辑的位累加器，位位单周期硬件小数整数乘法器，单周期乘（）操作，级桶形移位寄存器，双数据取操作；（）个位定时器计数器，一个位捕捉输入功能引脚，两个位比较输出功能引脚，线模块，。模块，下模块；（）电源模块特性：个具有路输出的发生器，每个发生器具有独立的时基和占空比，每个发生器具有独立的死区时间，支持模式，独立电流限制和故障引脚，输出改写控制，特殊事件触发信；（）模拟特性：个模拟比较器，转换速率，最多个输入通道，特殊事件触发信号；（）数字信号控制器的特性：灵活的看门狗定时器，可选择的功耗管理模式，增强型闪存程序存储器，故障保护时钟监视器操作；（）低功耗高速闪存技术，和工作，工业级和扩展级温度范围，低功耗。芯片的数据空间一般有两个存储器区域，分为和，可以作为字（）或者进行寻