本文選題：三電平直流變換器 + 飛跨電容電壓　； 參考：《重慶大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：多電平變換器具有開關(guān)管電壓應(yīng)力低、輸出電壓諧波小、容量大等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用并得到快速發(fā)展。三電平直流變換器是多電平變換器中應(yīng)用最為廣泛的一種,相對于其他多電平變換器,其優(yōu)勢在于采用最少的開關(guān)管最大程度地降低了開關(guān)管的電壓應(yīng)力,而且在降低開關(guān)管電壓應(yīng)力的同時改善了輸出性能,減小了輸出濾波器體積,提高系統(tǒng)的動態(tài)特性,非常適用于要求中大功率而系統(tǒng)又不過于復(fù)雜的應(yīng)用場合。然而在實(shí)際工程應(yīng)用中,控制電路、驅(qū)動電路以及各個開關(guān)管之間的參數(shù)都不可能完全一致,從而導(dǎo)致各個開關(guān)管的導(dǎo)通關(guān)斷時間不相等,系統(tǒng)參數(shù)變化以及負(fù)載突變等都有可能導(dǎo)致飛跨電容電壓不穩(wěn)定,從而導(dǎo)致開關(guān)管電壓應(yīng)力不相等,損壞電容及開關(guān)器件,三電平波形也不對稱,失去其基本優(yōu)勢。因此,為了確保三電平變換器正常工作,必須對飛跨電容的電壓采取一定的控制措施。三電平變換器的輸出電壓與飛跨電容電壓之間存在強(qiáng)耦合的關(guān)系,而且其中存在開關(guān)變換,屬于非線性系統(tǒng),如何高效穩(wěn)定地控制飛跨電容電壓和輸出電壓是系統(tǒng)設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。PID控制器結(jié)構(gòu)原理簡單,穩(wěn)定精度高,可靠性能好等優(yōu)點(diǎn),目前在很多方面都有著廣泛的應(yīng)用,但是PID控制器必須依賴于精確的數(shù)學(xué)模型,然后調(diào)整出合適的PID控制器參數(shù)才能發(fā)揮出其優(yōu)點(diǎn)。人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)是由大量簡單的神經(jīng)元按照一定的連接方式形成的仿生智能網(wǎng),具有本質(zhì)的非線性,多層神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)具有逼近任意函數(shù)的能力,對系統(tǒng)的控制不依賴于被控對象的數(shù)學(xué)模型、對被控對象的非線性具有天然的自適應(yīng)能力,非常適合應(yīng)用于三電平開關(guān)變換器中飛跨電容電壓以及輸出電壓的控制。因此,將PID控制作為基本單元融合進(jìn)入神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò),得到PID神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)(Proportional-Integral-Derivative Neural Network,PIDNN)控制器,兼顧神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和PID控制器的優(yōu)點(diǎn),既具有PID控制器的優(yōu)點(diǎn),同時可以自動補(bǔ)償非線性系統(tǒng)在模型階次、參數(shù)和輸入信號等方面的變化,對被控對象具有非常好的適應(yīng)性,非常適用于對降壓三電平變換器的控制,增強(qiáng)其魯棒性的同時提高了其控制性能。本文詳細(xì)分析了降壓三電平直流變換器的基本工作原理及其性能優(yōu)點(diǎn),給出了PIDNN控制器的工作原理,并針對文中的降壓三電平直流變換器,設(shè)計(jì)出了PIDNN控制器,對具有強(qiáng)耦合性的輸出電壓和飛跨電容電壓進(jìn)行控制。在理論研究的基礎(chǔ)上,對所設(shè)計(jì)的控制器進(jìn)行仿真試驗(yàn)并對結(jié)果進(jìn)行了分析,結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性以及PIDNN控制器在對降壓三電平直流變換器控制上的優(yōu)越性。
[Abstract]:Multilevel converter has been widely used and developed rapidly because of its advantages of low voltage stress, low output voltage harmonics and large capacity. Three-level DC / DC converter is one of the most widely used multilevel converters. Compared with other multilevel converters, the advantage of three-level DC / DC converter is that the minimum switching tube is used to minimize the voltage stress of the switch tube. Moreover, the output performance is improved while the voltage stress of the switch is reduced, the output filter volume is reduced, and the dynamic characteristics of the system are improved. It is very suitable for the application of medium and large power and the system is not too complicated. However, in the practical engineering application, the parameters of control circuit, drive circuit and each switch tube can not be completely consistent, which leads to the difference of the turn-on time of each switch tube. The variation of system parameters and the sudden change of load may lead to voltage instability of flyover capacitor, which leads to the voltage stress of switch tube is not equal, the capacitance and switch device are damaged, and the three-level waveform is not symmetrical, thus losing its basic advantage. Therefore, in order to ensure the normal operation of the three-level converter, it is necessary to take certain measures to control the voltage of the flyover capacitor. The output voltage of the three-level converter is strongly coupled with the flyover capacitor voltage, and there is a switching transformation among them, which is a nonlinear system. How to control the transcapacitor voltage and output voltage efficiently and stably is the key to the success or failure of the system design. The pid controller has the advantages of simple structure, high stability precision, good reliability and so on. It has been widely used in many fields. But the PID controller must depend on the precise mathematical model, and then adjust the appropriate parameters of the PID controller to give full play to its advantages. Artificial neural network (Ann) is a bionic intelligent network formed by a large number of simple neurons according to a certain connection mode. It has essential nonlinearity and multilayer neural network has the ability to approximate any function. The control of the system does not depend on the mathematical model of the controlled object, and it has natural adaptive ability to the nonlinearity of the controlled object. It is very suitable for the control of the flyover capacitor voltage and the output voltage in the three-level switching converter. Therefore, the PID control is fused into the neural network as the basic unit, and the PID neural network Proportional-Integral-Derivative Neural Network (PIDNN) controller is obtained, which takes into account the advantages of the neural network and the PID controller, and has the advantages of the PID controller. At the same time, the nonlinear system can automatically compensate for the model order, parameters and input signals, so it has a very good adaptability to the controlled object, and is very suitable for the control of the step-down three-level converter. Its robustness is enhanced and its control performance is improved. In this paper, the basic working principle and the performance advantages of the step-down three-level DC / DC converter are analyzed in detail, the working principle of the PIDNN controller is given, and the PIDNN controller is designed for the reduced voltage three-level DC / DC converter in this paper. The output voltage and the flyover capacitor voltage with strong coupling are controlled. On the basis of theoretical research, the designed controller is simulated and the results are analyzed. The results verify the correctness of the theoretical analysis and the superiority of the PIDNN controller in the control of the three-level DC / DC converter.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM46

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本文編號：1978660