摘要：针对单相三电平二极管钳位(NPC)电压型整流器,为了减小其开关切换次数和开关切换损耗,本文提出了一种单相三电平空间电压矢量调制(SVPWM)方法和一种基于零序分量注入的单相三电平单极性载波叠层的正弦脉宽调制(TLC-SPWM)调制方法。分别给出了该SVPWM的详细设计方法和该TLC-SPWM的零序分量设计方法。并通过理论分析和计算,证明该SVPWM与该零序分量注入的TLC-SPWM本质上为同一类脉宽调制方法,仅实现方式不同。与传统的单极性TLC-SPWM相比,这两种调制方法能够有效地减小开关切换次数,从而减小开关切换损耗。最后,分别搭建了基于Matlab/Simulink的仿真模型和基于TMS320F2812为控制器的1.3kW实验样机,仿真和实验结果都验证了该SVPWM算法及其中点电位控制的可行性和有效性。

摘要：针对单相三电平二极管中性点钳位变流器(NPC)的中点电位波动控制问题,首先分析了一种单相单极性载波调制算法(CBPWM)的原理和缺点,在此基础上,本文提出了一种基于零序电压分量注入(ZSVI)的单相单极性三电平CBPWM-ZSVI算法,分析了零序电压分量的取值范围和设计方法,该CBPWM-ZSVI算法不但能够具备有效的电压平衡能力和良好的动态抗干扰能力,而且变流器输入端电压的电平跳变幅值为直流侧电压的二分之一。最后,通过计算机仿真和1kW样机实验对该CBPWM和CBPWM-ZSVI算法的性能进行了对比研究,仿真和实验结果证明了该CBPWM-ZSVI算法的有效性和可行性。

摘要：针对大功率牵引传动系统中开关频率低的特点,在列车运行全速度范围内,牵引逆变器广泛采用多模式调制算法。为此,给出了一种新颖的在线计算多模式空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法并研究了不同调制模式间的切换方法。给出了该算法基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的详细设计方案,通过简化乘法器、高效率开方器、除法器等关键性设计使核心数字信号处理器(DSP)避免了大量运算,同时兼具FPGA速度快、可靠度高、可移植性好等优点。最后,采用DSP-FPGA的控制系统,基于RT-LAB的半实物(HIL)实验平台对该在线计算多模式SVPWM算法的正确性和基于FPGA设计方案的可行性进行了验证。

摘要：以单相电压型脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器为研究对象,以提高动态响应速度、增强鲁棒性能为研究目标,提出基于dq电压前馈解耦模型下的H_∞混合灵敏度(H∞mixed sensitivity,H_∞-MS)直接电流控制(direct current control,DCC)算法。首先,给出整流器在dq坐标系下的数学模型,并基于电压前馈解耦思想得到dq轴电流解耦系统模型及闭环控制结构;然后,分析模型参数摄动情况,给出模型乘性不确定界,选择灵敏度加权函数规划系统的控制性能,选择补灵敏度加权函数保证系统的鲁棒性能,从而将控制器设计问题转化为H_∞标准控制问题;建立系统增广矩阵,求解黎卡提(Riccati)不等式的正定解,得到2个三阶控制器;最后,通过半实物仿真实验对基于比例积分(proportional integral,PI)直接电流控制算法和H_∞-MSDCC算法进行对比研究。研究结果表明,在网侧电感参数摄动时,所提H_∞-MS DCC算法可以有效地提高系统的鲁棒性。

摘要：网侧等效电感参数摄动是单相脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)整流器系统模型不确定性的显著表征,这一特性易降低整流器系统的鲁棒性。为降低因测量误差、运行工况变化等导致的模型参数摄动对控制系统鲁棒性的影响,提出基于鲁棒控制理论的H_(∞)回路成形鲁棒直接电流(H_(∞)loop shaping robust direct current,H_(∞)-LS RDC)控制策略。选取适当的补偿器串联在电流环前后,构造出期望的开环传递函数。在此基础上,对期望受控对象进行正规化互质因式分解,进一步将H_(∞)回路成形设计归结为针对互质因式摄动模型的H_(∞)鲁棒控制问题。提出根据电流高次谐波特性选取补偿器的依据,并利用Riccati方程求解H_(∞)回路成形控制器,所得鲁棒稳定裕度满足良好鲁棒性设计要求。通过半实物实验平台,开展所提控制策略与直轴交轴(direct-axis quadrature-axis,DQ)电流解耦控制策略的实验对比研究,研究结果表明:该H_(∞)-LS RDC控制策略能有效增强单相PWM整流器系统在网侧电感参数摄动情况下的鲁棒性。

摘要：辅助逆变器为电力机车辅助设备供电,其性能将直接影响电力机车的整体运行情况。本文所述辅助逆变器核心控制系统采用基于浮点数字信号处理器(digital signal processor,DSP)和现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)的系统架构。以FPGA部分为重点,采用了一种基于矢量旋转的简化三电平空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM),并通过三角函数运算的简化、高效率除法器等关键性设计避免DSP进行大量三角函数运算,减少硬件资源占用。实现了基于FPGA的AD采样与数据处理及DSP与FPGA之间基于双端口RAM的异步通信,充分利用了FPGA强大的高速并行处理能力。最后,搭建基于RT-LAB与辅助逆变器核心控制系统的半实物实验平台,实验结果证明了辅助逆变器核心控制系统FPGA部分设计方案的可行性与正确性。

摘要：多相永磁同步电机驱动系统因具有体积小、噪声低、功率密度高等诸多优点,在低压、大功率输出及可靠性要求高的场合已得到了广泛关注和应用。基于开关表的直接转矩控制(switching table direct torque control,ST-DTC)算法具有结构简单、转矩动态响应快、对电机参数依赖性低等优点,然而将其直接扩展应用于多相系统会造成较大的转矩脉动以及谐波电流。因此,该文在传统ST-DTC算法的基础上,首先将开关表中的电压矢量集重构为虚拟矢量集,用以消除定子电流的低次谐波,其次深入研究了电机中低速运转时由于定子电阻造成的去磁效应,并且重新设计了开关表用以克服该问题,保证了电机磁链的控制需求,最后根据电机的转矩脉动规律采用多阶非对称结构的滞环比较器,优化了转矩纹波。实验结果表明了所提算法的正确性和有效性。

摘要：无工频牵引变压器技术是实现高速列车轻量化的手段之一。该文首先分析了无工频变压器电力牵引传动系统前端级联H桥整流器的工作原理,以及开关状态和网侧电流对直流侧电容充放电的影响。针对级联H桥整流器电容电压平衡问题,为了实现负载严重不对称情况下直流侧电容电压快速平衡的控制目标,以传统的载波移相脉宽调制方法为基础,提出了一种基于电压补偿分量注入的载波移相脉宽调制算法。考虑负载不平衡度很大的恶劣情况,对该算法的电压补偿分量进行设计与定量计算,并针对该算法多个H桥级联拓扑的应用进行了理论扩展。计算机仿真和半实物实验都验证了该算法的有效性和正确性。

摘要：针对双向全桥隔离DC/DC变换器,以减少变换器硬件与控制系统的设计成本为目标,该文重点开展相移控制方法研究。首先,为减小变换器峰值电流与磁性元件设计成本,分析了一种通用的三重相移控制方法,在此基础上,给出了相应的最小峰值电流控制算法。然后,针对现有最小峰值电流控制运算量和复杂性大的缺点,提出了一种虚拟功率控制方法,该算法可以取消负载电流传感器,且对电感参数无依赖性;最后,基于RT-LAB与TMS320F28335的硬件在环实验平台对所提出的算法进行了半实物实验验证。实验结果表明,在宽范围输入电压的情况下,基于该虚拟功率控制的最小峰值电流控制算法能有效地减小变换器的电流应力。

摘要：该文以单相脉冲宽度调制整流器为研究对象,以实现无网侧电压传感器控制为研究目的,提出一种基于模型参考自适应(model reference adaptive system,MRAS)的网压估算方法。首先,根据MRAS的基本原理,分别建立参考模型和可调模型中系统有功、无功功率数学模型,从而实现电网电压基波幅值、频率及角度的三角函数的估算。在此基础上,结合基于功率前馈解耦直接功率控制,给出基于MRAS的无网压传感器控制方法。然后,针对该方法对网侧电感参数敏感性问题,给出一种电感参数在线辨识算法。同时,针对控制系统启动问题,给出系统参数初始化设计方案。最后,对所提方法进行计算机仿真和实验验证,通过仿真和实验结果验证该方法的正确性和有效性。