三相PWM整流器在电动伺服加载系统中的应用研究

发布时间：2020-07-17 15:43

【摘要】：伺服加载系统是一种在电机控制系统研制过程中重要的半实物仿真设备。因具有体积小、控制方式灵活稳定、信号跟踪能力强、加载分辨率高、工作环境整洁无污染等特点,电动伺服加载系统逐渐取代了传统的液压加载系统和机械加载系统。三相PWM整流器以能量可双向流动、抗干扰能力强等优势,在电动伺服加载系统中获得了广泛的应用。本文对电动伺服加载系统用三相PWM整流器的动态响应速度和抗干扰能力展开了研究。根据矢量控制理论,在三相静止坐标系和两相同步旋转坐标系下分别建立了三相电压型PWM整流器的时域数学模型。根据三相PWM整流器在电动伺服加载系统中的两种不同工作模式,进一步讨论了整流器的整流模型与馈能模型。针对同步而坐标下整流器办轴电流存在耦合现象,研究了电流解耦控制算法。在负载突增和突减两种情况下,对双闭环PI控制下三相电压型PWM整流器的响应速度和抗干扰能力进行了分析。结合现有的快速响应控制策略和协调控制方法,提出了变iq负载功率前馈协调控制方法。在负载突变时,把电容电压变化率前馈为q轴电流给定值,同时将负载功率前馈至电流环,通过补偿有功电流的方式协调网侧整流器与机侧逆变器的功率平衡,避免了电压环PI控制器输出饱和所造成的整流器响应滞后问题。针对传统软件锁相环技术在不平衡电网下锁相不足的问题,结合DSC延时滤波算法,改进了传统软件锁相环,通过两次延时滤波,实现了不平衡电网下锁相环的正常运行。针对整流器启动过程中伴随的浪涌电流现象,研究了浪涌电流分段抑制方法:在不控整流阶段采取增设限流电阻的方式抑制电流;在PWM升压整流阶段,采用变iq控制算法和电压指令斜坡给定算法,减缓系统的阶跃电压冲击响应。在Simulink环境下对三相PWM整流器进行了仿真研究。采用TMS320F28335作为三相PWM整流器的数字控制器,采用型号为SCT20N120的SiC MOSFET作为开关器件,设计了三相PWM整流器实验平台。结合硬件和理论研究,设计了系统软件,通过实验验证了三相电压型PWM整流器的快速响应特性与强抗干扰能力,可满足于在电动伺服加载系统中的应用要求。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM461
【图文】：

响应曲线,双闭环,PI控制,控制仿真

图 3.5 双闭环 PI 控制仿真（a）负载转矩突增时直流电压响应曲线0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00100200300400500600700t/SUdc/V0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00100200300400500600700Udc/V

负载功率,前馈控制

图 3.9 负载功率前馈控制仿真2.2 负载功率前馈控制下三相 VSR 响应性能分析为验证负载功率前馈控制对三相 VSR 系统响应性能的影响，本文在相同仿真参图 3.9 所示的仿真模型中，对其进行了仿真研究。令负载转矩由-10N.m 突变至+10模拟负载突增工况，令负载转矩由+10N.m 突变至-10N.m 以模拟负载突减工况，流电压响应曲线，对两种控制方法的控制效果进行了对比。（a）负载突增时直流电压响应对比图0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00100200300400500600700t/sUdc/V双闭环PI负载功率前馈400500600700dc/V

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【参考文献】