基于Marx发生器充电电源智能控制方法的研究
本文选题:Marx发生器 + 恒流充电电源 ; 参考:《沈阳理工大学》2017年硕士论文
【摘要】:随着现代科技快速发展,紧凑型重复频率的Marx发生器广泛应用于污水处理、结石破碎、材料处理和混凝土破碎等方面,Marx发生器主要由电感、高压电容器、气体开关等器件组成,高压电容器是目前最常用的储能方式,对其充电电源控制方法的研究显得尤为重要。目前,高压电容器常用的充电方法有:线性充电、谐振充电和高频恒流充电,其中高频恒流充电方式,具有充电效率高、频率快和稳定好等优点而得到广泛应用,故本文采用高频恒流充电方式。高频恒流变换器充电方式的拓扑结构主要有串联、并联和串并联,三种拓扑结构的充电电源都具有各自在特定情况下的优势。与并联、串并联谐振变换器充电电源相比,串联谐振变换器充电电源具有较强抗短路能力和较小输出电流,同时其输出电流完全取决于电路中特征阻抗的大小,所以本文采用串联谐振变换器作为高频恒流充电电源的拓扑结构。为了使高压恒流充电电源具有充电电流恒定、充电精度高、稳定性好等优点,需要对其充电方式提出可靠的控制策略。在目前的充电电源控制系统中,大多使用传统PID控制方法进行系统控制,但是,针对高压恒流充电电源而言,当系统参数发生变化时,使用传统PID控制方法进行控制,系统的跟随性较差,不能满足恒流充电电源基本性能指标要求,所以本文提出基于Marx发生器充电电源智能控制方法的研究。本文首先针对串联谐振变换器的拓扑结构进行建模,介绍了电源充电的三种工作方式,并比较其优缺点,选取在电流断续模式下进行工作,并对该模式下的系统进行原理及仿真分析;其次针对恒流充电电源的原控制系统输出电流精度低,难以保持恒流充电的问题,提出传统PI控制方法和模糊PI控制方法,并对提出的两种控制方法进行设计以及仿真研究,分析其可行性;随后设计出一套能够应用于紧凑型、重复频率的Marx发生器充电系统的高压恒流充电电源,该电源的性能指标为充电电压可以达到60kV,平均充电电流恒定为0.34A,功率为20kW,充电精度为3%;最后进行了相关的实验,验证了基于Marx发生器高压恒流充电电源的相关参数设计以及控制方案的正确性。
[Abstract]:With the rapid development of modern science and technology, Marx generator with compact repetition rate is widely used in sewage treatment, stone crushing, material treatment and concrete crushing, etc. It is mainly composed of inductors, high voltage capacitors, gas switches, etc.High voltage capacitor is the most commonly used energy storage method, so it is very important to study the control method of charging power supply.At present, the common charging methods for high voltage capacitors are linear charging, resonant charging and high frequency constant current charging, among which the high frequency constant current charging method has the advantages of high charging efficiency, fast frequency and good stability.Therefore, the high frequency constant current charging mode is adopted in this paper.The topologies of high frequency constant-current converters are mainly series-connected, shunt and series-parallel. Each of the three topologies has its own advantages in particular cases.Compared with the charging power supply of parallel, series-parallel resonant converters, the charging power supply of series resonant converters has stronger ability to resist short circuit and smaller output current, and the output current depends entirely on the size of characteristic impedance in the circuit.So the series resonant converter is used as the topology of high frequency constant current charging power supply.In order to make the high voltage constant current charging power supply have the advantages of constant charging current, high charging accuracy and good stability, it is necessary to put forward a reliable control strategy for its charging mode.In the current charging power supply control system, most of the traditional PID control method is used to control the system. However, for the high voltage constant current charging power supply, when the system parameters change, the traditional PID control method is used to control the system.The performance of the system is poor, which can not meet the basic performance requirements of the constant current charging power supply. Therefore, the intelligent control method of charging power supply based on Marx generator is proposed in this paper.In this paper, the topology structure of series resonant converter is modeled, three working modes of power supply charging are introduced, and their advantages and disadvantages are compared.The principle and simulation of the system in this mode are analyzed. Secondly, the traditional Pi control method and fuzzy Pi control method are proposed to solve the problem that the output current accuracy of the original control system of the constant current charging power supply is low and it is difficult to maintain the constant current charging.Two control methods are designed and simulated to analyze their feasibility. Then a set of high voltage constant current charging power supply which can be used in compact Marx generator charging system is designed.The performance index of the power supply is that the charging voltage can reach 60 kV, the average charging current is 0.34 A, the power is 20 kW, and the charging accuracy is 3. Finally, the related experiments are carried out.The parameters design and control scheme of high voltage constant current charging power supply based on Marx generator are verified.
【学位授予单位】:沈阳理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN86;TP273
【参考文献】
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,本文编号:1762756
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