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电流型PWM整流器及其控制策略研究的开题报告一、研究背景与意义PWM整流器是电力电子技术中的一种常用的装置，它可以将交流电转换为直流电，用于各种电力驱动应用中。
目前，常用的PWM整流器主要分为电压型和电流型两种。
其中，电流型PWM整流器具有稳定性好、动态响应快和超载能力强等优点，因此被广泛应用于电力电子转换器、电池充电器、电动机驱动器等领域中。
本研究的主要目的是对电流型PWM整流器及其控制策略进行深入研究，探索其电路特性、控制方法和性能优化等问题，为相关领域的工程应用提供科学支撑和技术指导，推动我国电力电子技术的发展。
二、研究内容与技术路线本研究计划从以下几个方面展开深入研究：1. 电流型PWM整流器的基本电路特性分析：研究电流型PWM整流器的电路结构、元件参数和工作状态等基本特性，分析其对整流效率、输出波形和电流谐波等方面的影响。
2. 控制策略模型的建立与仿真分析：对电流型PWM整流器进行控制策略模型的建立，考虑其不同工作状态下的控制策略，以及各种工况下的性能变化，进行仿真分析和性能评估。
3. 控制器设计与实现：根据控制策略模型的原理和仿真结果，设计合适的控制器硬件和软件，并进行实际验证和性能测试。
4. 性能优化研究：根据实际应用需求，对电流型PWM整流器进行性能优化研究，包括输出波形的稳定性、响应速度、效率提升等方面，以提高其工程应用的实用性和可靠性。
技术路线：(1) 研究文献调研和相关领域实际工程案例分析，了解电流型PWM整流器的应用现状和发展趋势。
(2) 对电流型PWM整流器的基本原理、电路结构和控制策略进行深入分析和研究，建立控制策略模型。
(3) 设计和建立实验平台，完成控制器硬件和软件的开发。
(4) 对控制策略模型进行仿真分析和测试，验证电流型PWM整流器的性能和工作状态。
(5) 分析实验数据和仿真结果，准确评估电流型PWM整流器的优缺点，提出性能优化措施和建议。
三、预期研究成果本研究预期通过对电流型PWM整流器及其控制策略的深入研究，取得以下成果：1. 理论模型的建立：通过对电流型PWM整流器的电路特性、控制策略和性能进行系统分析和建模，提出一种针对不同工况的控制策略模型，为后续控制器的设计和生产提供技术支持。
单相三电平PWM整流器关键技术研究摘要：随着电力系统的迅速发展和电力负荷的快速增长，传统的整流器无法满足对电力质量和效率的要求。
单相三电平PWM整流器作为一种新型的电力电子装置，具有较低的谐波含量、较高的功率因数和较高的效率等优点，成为了当前研究的热点之一。
本文主要研究了单相三电平PWM整流器的关键技术，包括拓扑结构、控制策略和谐波抑制等方面。
1. 引言单相三电平PWM整流器是一种将交流电转换为直流电的电力电子装置，广泛应用于电力系统中。
它通过控制开关器件的开关状态和占空比，实现对输出电压的调整和控制。
传统的整流器存在谐波较多、功率因数较低等问题，而单相三电平PWM整流器具有较低的谐波含量、较高的功率因数和较高的效率等优点。
2. 拓扑结构单相三电平PWM整流器主要由两个H桥逆变器组成，其中一个H桥逆变器与输入交流电源相连，另一个H桥逆变器与电容并联。
该结构可以实现三个输出电平，从而减小了输出电压的谐波含量。
3. 控制策略单相三电平PWM整流器的控制策略是实现其优良性能的关键。
常见的控制策略包括基于三角载波的PWM控制和基于空间矢量调制的PWM控制。
前者通过在每个半周期内对比较器输出进行调整，实现对输出电压的控制；后者通过改变矢量图形的形状和位置，实现对输出电压和电流的精确控制。
4. 谐波抑制谐波抑制是单相三电平PWM整流器关键技术中的一个重要方面。
为了减小输出电压的谐波含量，可以采用谐波抑制技术，如添加滤波电感、采用多级拓扑结构等。
5. 结论单相三电平PWM整流器作为一种新型的电力电子装置，在电力系统中具有广泛的应用前景。
本文研究了单相三电平PWM 整流器的关键技术，包括拓扑结构、控制策略和谐波抑制等方面。
研究结果表明，采用适当的拓扑结构和控制策略，能够实现较低的谐波含量、较高的功率因数和较高的效率。
然而，由于单相三电平PWM整流器的复杂性，还需要进一步研究和改进，以满足电力系统对电力质量和效率的要求。
PWM整流控制器研究摘要：本文首先对PWM整流器直接电流控制进行原理分析模型建立，在控制方法上，对目前比较成熟的不定频滞环控制器、不定频SVPWM控制器、dq解耦控制器、滑模变结构控制器进行仿真分析，得出采用MATLAB/SIMULINK来实现整流器系统控制仿真过程，最后得出最优的控制方案。
关键词：SVPWM dq解偶滑模变结构Abstract：The direct current control of PWM rectifier is analyzed in principle and the model is established firstly. In control method，the simulation process of rectifier system is realized by the MATLAB/SIMULINK and the mature uncertain frequence hysteresis loop controller，the uncertain frequency SVPWM controller，dq decoupling controller and sliding mode decoupling controller was analyzed in simulation. Finally，the optimal control scheme is obtained.Keywords：SVPWM，dq decoupling，sliding mode structure1 引言PWM整流器关键是控制输入电流，通过控制可控器件（IGBT）导通时间，使得整流器的输入电流与电压间的相位相同，使功率因数接近1，通过调整电流的相位，可以实现功率的双向流动，使直流侧电压保持恒定，并使其具有良好的动态响应性能［1］；另外，还要尽量使算法简化以增强控制的实时性［2］。
PWM整流电路及其控制方法实用的整流电路几乎都是晶闸管整流或二极管整流晶闸管相控整流电路：输入电流滞后于电压，且谐波分量大，因此功率因数很低二极管整流电路：虽位移因数接近1，但输入电流谐波很大，所以功率因数也很低把逆变电路中的S P W M控制技术用于整流电路，就形成了P W M整流电路可使其输入电流非常接近正弦波，且和输入电压同相位，功率因数近似为1，也称单位功率因数变流器，或高功率因数整流器6.4.1 P WM整流电路的工作原理P W M整流电路也可分为电压型和电流型两大类，目前电压型的较多1．单相P W M整流电路图6-28a和b分别为单相半桥和全桥P WM整流电路半桥电路直流侧电容必须由两个电容串联，其中点和交流电源连接全桥电路直流侧电容只要一个就可以交流侧电感L s包括外接电抗器的电感和交流电源内部电感，是电路正常工作所必须的图6-28单相P W M整流电路a)单相半桥电路b)单相全桥电路单相全桥P W M整流电路的工作原理正弦信号波和三角波相比较的方法对V1~V4进行S P W M控制，就可在交流输入端A B产生S P W M波u A Bu A B中含有和信号波同频率且幅值成比例的基波、和载波有关的高频谐波，不含低次谐波由于L s的滤波作用，谐波电压只使i s产生很小的脉动当信号波频率和电源频率相同时，i s也为与电源频率相同的正弦波u s一定时，i s幅值和相位仅由u A B中基波u A B f的幅值及其与u s的相位差决定改变u A B f的幅值和相位，可使i s和u s同相或反相，i s比u s超前90°，或i s与u s相位差为所需角度相量图（图6-29）a：滞后相角δ ，和同相，整流状态，功率因数为1，P W M整流电路最基本的工作状态b：超前相角δ ，和反相，逆变状态，说明P W M整流电路可实现能量正反两方向流动，这一特点对于需再生制动的交流电动机调速系统很重要c：滞后相角δ，超前90°，电路向交流电源送出无功功率，这时称为静止无功功率发送器（S t a t i c Va r G e n er a to r—S VG）d：通过对幅值和相位的控制，可以使比超前或滞后任一角度ϕ对单相全桥P W M整流电路工作原理的进一步说明整流状态下u s>0时，（V2、VD4、V D1、L s）和（V3、VD1、V D4、L s）分别组成两个升压斩波电路，以（V2、V D4、V D1、L s）为例V2通时，u s通过V2、V D4向L s储能V2关断时，L s中的储能通过V D1、V D4向C充电u s<0时，（V1、VD3、V D2、L s）和（V4、VD2、V D3、L s）分别组成两个升压斩波电路由于是按升压斩波电路工作，如控制不当，直流侧电容电压可能比交流电压峰值高出许多倍，对器件形成威胁另一方面，如直流侧电压过低，例如低于u s的峰值，则u A B中就得不到图6-29a中所需的足够高的基波电压幅值，或u A B中含有较大的低次谐波，这样就不能按需要控制i s，i s波形会畸变可见，电压型P W M整流电路是升压型整流电路，其输出直流电压可从交流电源电压峰值附近向高调节，如要向低调节就会使性能恶化，以至不能工作2．三相P W M整流电路图6-30，三相桥式P W M整流电路，最基本的P W M整流电路之一，应用最广工作原理和前述的单相全桥电路相似，只是从单相扩展到三相进行S P W M控制，在交流输入端A、B和C可得S P W M电压，按图6-29a的相量图控制，可使i a、i b、i c为正弦波且和电压同相且功率因数近似为1和单相相同，该电路也可工作在逆变运行状态及图c或d的状态6.4.2 P WM整流电路的控制方法有多种控制方法，根据有没有引入电流反馈可分为两种没有引入交流电流反馈的——间接电流控制引入交流电流反馈的——直接电流控制1．间接电流控制间接电流控制也称为相位和幅值控制按图6-29a（逆变时为图6-29b）的相量关系来控制整流桥交流输入端电压，使得输入电流和电压同相位，从而得到功率因数为1的控制效果图6-31，间接电流控制的系统结构图图中的P W M整流电路为图6-30的三相桥式电路控制系统的闭环是整流器直流侧电压控制环控制原理和实际直流电压u d比较后送入P I调节器，P I调节器的输出为一直流电流信号i d，i d的大小和交流输入电流幅值成正比稳态时，u d=，P I调节器输入为零，P I调节器的输出i d和负载电流大小对应，也和交流输入电流幅值对应负载电流增大时，C放电而使u d下降，P I的输入端正偏差，使其输出i d增大，进而使交流输入电流增大，也使u d回升。
单相逆变电路的PWM控制设计与研究
一、什么是PWM控制
PWM（Pulse Width Modulation，即脉宽调制）控制是一种电路控制
方式，它可以通过改变脉冲宽度来调节电压或电流，从而控制电动机的转速、输出功率、驱动器输出功率等等。
二、PWM控制原理
基于PWM控制的单相逆变电路，经过变换后，将电压转换为交流电压
输出，由于它只需要一个单相输入电压，所以它称为单相逆变电路。
PWM
控制的单相逆变电路，由母线电压，振荡电路，反相电路和控制电路四部
分组成。
其中母线电压负责驱动整个逆变电路，振荡电路用于生成PWM信号，而反相电路则可以调整PWM信号的频率，从而影响输出电压的大小；
而控制电路则是控制整个电路的核心，它负责处理PWM信号，控制单相逆
变电路的输出功率。
三、PWM控制的设计
（1）PWM控制电路的设计
PWM控制电路的设计包括三大步骤：
（1）设计PWM信号的编码和产生部分，编码器可以通过改变脉宽来
改变输出电压，从而实现电压的控制；
（2）设计控制电路，控制电路的作用是将控制信号转换为PWM信号，从而控制电路的输出；
（3）设计反馈电路，反馈电路的目的是检测电路的输出，以便根据
实际需要调整PWM的频率，从而实现电机的控制。
一种基于直接电流控制的单相PWM整流器刘翔宇;王荣杰;周海峰【摘要】为了解决传统PWM整流器中存在的严重谐波污染,以及电流相位滞后的问题,提出一种基于直接电流控制的双闭环控制策略,在传统双闭环PI控制策略的基础上加入了交流侧电压前馈环节.为了实现交流侧电流正弦化,虚构了一个与交流侧电压相差90°的电压,通过锁相环技术实现交流电压相位跟踪.实验结果表明:交流侧能够以近似单位功率因数运行,直流侧电压超调量小且输出稳定.【期刊名称】《集美大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(024)003【总页数】6页(P198-203)【关键词】PWM整流器;双闭环控制;交流侧电压前馈;单位功率因数【作者】刘翔宇;王荣杰;周海峰【作者单位】集美大学轮机工程学院, 福建厦门361021;集美大学轮机工程学院, 福建厦门361021;集美大学轮机工程学院, 福建厦门361021【正文语种】中文【中图分类】U662.20 引言在现代工业中，交/直流电能变换已经应用于许多场合。
单相脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)整流器与传统不可控或相控整流器相比具有交流侧电流正弦化，可运行于单位功率因数，直流电压恒定可调等诸多优点。
PWM整流器的控制策略可分为间接电流控制[1-4]和直接电流控制[5-7]。
直接电流控制由于结构简单，能够有效抑制电流谐波，且动态效应快，而获得广泛应用。
直接电流控制包括滞环电流控制[8]、直接功率控制[9]、空间矢量控制[10]、瞬态电流控制[11-13]。
滞环电流控制结构简单，控制方法容易实现，且电流响应快，但其开关频率不固定，会产生分布较广的谐波。
直接功率控制具有高功率因数、总谐波失真(total harmonic distortion，THD)低、算法及结构简单的特点，但其对采样频率要求较高，有功无功设计容易受到交流侧电压畸变影响。
空间矢量控制开关频率固定，利于与PWM策略结合，从而改善波形质量，但其需要复杂的坐标变换，参数整定较繁琐。
单相PWM整流器直接电流控制策略的研究
【摘要】通过对单相PWM整流器的控制思路的提出，分析并总结了单相PWM整流器直接电流控制的几种控制策略，分析了每种策略的工作原理和优缺点，并总结和展望了单相PWM整流器直接电流控制技术的发展趋势。
【关键词】单相PWM整流器；直接电流控制
1.前言
随着电力电子技术的发展，功率电子设备的应用越来越广泛，致使大量的非线性负载涌入电网，给电力系统的电压和电流都带来了越来越严重的谐波污染。
而PWM整流器提高了系统的功率因数，降低了对电网的谐波污染，得到了人们的重视。
根据输入电感电流状态PWM整流器可分为电流断续工作模式（DCM）和电流连续工作模式（CCM），由于CCM模式具有输入输出电流纹波小、滤波容易、器件导通损耗小、适用于大功率场合等优点，得到了更多地关注。
在CCM 模式中，根据是否直接选取瞬态电感电流作为反馈量，又可分为直接电流控制和间接电流控制。
间接电流控制结构简单、无需电流传感器，但是它最大的缺点是电流动态响应缓慢，甚至交流侧电流中含有直流分量，且对系统参数波动较敏感。
相对于间接电流控制，直接电流控制把整流器的输入电流作为反馈和被控量，形成电流闭环控制，使电流动、静态性能得到了提高，同时也使网侧电流控制对系统参数不敏感，从而增强了电流控制系统的鲁棒性[2][3]。
所以，直接电流控制技术有着非常广阔的应用前景和使用价值。
2.单相电压PWM整流器原理框图
单相电压型PWM整流器的拓扑结构如图1所示，它主要由三部分组成：交流回路、功率开关桥路、直流回路。
其中交流回路包括交流电动势、网侧电阻及网侧电感等；直流回路包括由电感和电容组成的串联谐振电路用来滤除电网的2次谐波分量、滤波电容及负载等；功率开关桥路由四个反并联二极管的IGBT组成[1]。
单相PWM逆变器的控制思路是：在保证直流侧电压稳定的情况下，使交流侧的电流与电压尽可能的保持同相位，从而使交流侧的功率因数为1。
3.单相PWM整流器直接电流控制技术分析
直接电流控制根据控制方式的不同，又可分为滞环电流控制、峰值电流控制、预测电流控制、平均电流控制、状态反馈控制单周控制等。
3.1 峰值电流控制
峰值电流控制的原理是实时比较实际电流和指令电流瞬时值的大小，指令电流值是实际电流的上限，实际电流一旦达到这个上限，立刻转而向下衰减，电感值的大小，线路的阻抗和脉宽调制的开关频率影响了这一衰减的最终值。
其控制原理框图如下。
峰值电流的优点：①暂态闭环响应较快，对输入电压的变化和输出负载的变化的瞬态响应均快；②控制环易于设计；③输入电压的调整可与电压模式控制的输入电压前馈技术相妣美；④简单自动的磁通平衡功能；⑤瞬时峰值电流限流功能，即内在固有的逐个脉冲限流功能；⑥自动均流并联功能。
缺点有：①占空比大于5%时开环不稳定性，峰值电流与平均电流的误差难以校正；②闭环响应不如平均电流模式控制理想；③占空比大于0.5时系统产生次谐波振荡；④对噪声敏感，抗噪声性差；⑤电路拓扑受限制；⑥对多路输出电源的交互调节性能不好[4]。
3.2 滞环电流控制
滞环电流控制方式作为峰值电流控制方式的改进，只是增加了一条限制电流衰减的下限。
其原理仍然是指令电流和实际电流的实时值比较，实际电流达到上限指令电流，随即转入衰减，衰减至下限指令电流，重新开始上升，如此反复，实际电流将是一条在上下限指令电流跳动的锯齿波。
其控制原理图如图3所示，图中将指令电流和实际电流进行比较，两者的偏差△作为滞环比较器的输入，通过滞环比较器产生控制电路主电路中开关通断的PWM信号，该PWM信号经驱动电路控制功率器件的通断，从而控制电流的变化。
滞环电流控制的优点是结构简单，实现容易，具有很强的鲁棒性和快速动态响应能力。
缺点是开关频率不固定，滤波器设计困难，需要对电感电流全周期的检测和控制。
3.3 平均电流控制
平均电流控制的工作原理是将电感电流信号与锯齿波信号相加，当两信号之和超过基准电流时，开关管关断，当其和小于基准电流时，开关管导通。
取样电流来自实际输入电流而不是开关电流。
其控制原理图如图4。
平均电流控制的优点是：①平均电感电流能够高度精确地跟踪电流编程信号；②调试好的电路抗噪声性能优越；③适合于任何电路拓扑对输入或输出电流的控制；④易于实现均流。
缺点是：①电流放大器在开关频率处的增益有最大限制；②双闭环放大器带宽、增益等配合参数设计调试复杂[5]。
3.4 预测电路控制
预测电流控制的原理是在每个调节周期开始时通过对输入、输出电压和输入电流的采样，根据实际电流和参考电流的误差，选择优化的电压矢量作用于下一个周期，使实际电流在一个周期内跟踪上参考电流，实现稳态无误差。
预测电流控制原理框图如图5所示，其中为给定电压，为直流侧反馈电压。
这种控制的优点：开关频率固定，动态性能良好，电流谐波小，器件开关应力小，数字实现简单。
缺点：要求较高的采样频率和开关频率，在低的采样频率下，会产生周期性的电流误差[6]。
3.5 无差拍控制
无差拍控制是一种在电流滞环比较控制技术基础之上发展起来的全数字化控制技术，利用前一时刻的电流参考值和各种开关状态下变流器的电流输出值，根据空间矢量理论计算出整流器下一时刻应满足的开关模式，选择这种开关模式作为下一时刻的开关状态，从而达到电流误差等于零的目标。
采用无差拍控制的优点数学推导严密、跟踪无过冲、动态性能好，易于计算机执行，可以消除稳态误差，并在最短的时间内结束过渡过程但它也存在鲁棒性较差、瞬态响应超调量大、计算实时性强因而对硬件要求很高等缺点。
随着数字信号处理器应用的不断普及，这是一种很有前途的控制方法[7]。
3.6 状态反馈控制
状态反馈控制是针对电流型可逆整流器输入滤波器容易出现振荡以消除振荡的控制方式。
其控制原理图如下图6。
4.总结与展望
直接电流控制是单相高功率因数整流器的主要控制方式，也是我们以后研究的重心。
利用各种控制策略的优缺点，采用多种控制策略相结合，形成互补关系，达到理想的效果，这也是控制技术发展的一个方向。
新的直接电流控制策略的研究将是另一个方向。
随着数字信号处理器的普遍应用和人工智能技术的逐渐成熟。
数字控制和智能控制也将是我们研究的目标，这将是直接电流控制技术的发展的主流。
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