基于极点配置的PID控制器的设计开题报告Word格式.doc

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题目

基于极点配置的逆变器模拟控制器研究

一、选题背景及依据（简述题目的技术背景和设计依据，说明选题目的、意义，列出主要参考文献）

1、逆变电源由于良好的性能在国民经济的各个领域中得到了极其广泛的应用，随着工业装置对电源性能越来越高的要求，通过改进控制方法是提高技术指标的一种重要手段，本设计就是探讨改进控制策略，从而提高性能指标。

逆变器作为不间断电源的核心部分，广泛用于通信、金融等领域。

一个高性能的逆变器除了要满足体积、重量、电磁兼容等基本指标外，还需满足系统稳定，稳态电压精度高；

总谐波畸变率（THD）含量小；

动态响应快等要求。

重复控制可以校正逆变器在不同负载时输出电压的精度，具有很好的稳态输出特性，但由于其控制量输出有一个周期的延迟。

动态调节能力不足，而基于极点配置的电感电流内环电压外环反馈控制设计简单、鲁棒性好，但稳态控制精度不高。

因此，实际中常结合两者来协调校正输出波形。

在此提出基于极点配置的电感电流内环电压外环反馈控制方案，提高了逆变器的动态响应能力，然后增加控制调节输出电压的稳态精度，这一控制方案满足了逆变器的动静态特性、稳态精度，使用Matlab仿真验证了此方案的可行性。

2、逆变器也称逆变电源，是将直流电能转变成交流电能的变流装置，是太阳能、风力发电中一个重要部件。

随着微电子技术与电力电子技术的迅速发展，逆变技术也从通过直流电动机——交流电机的旋转方式逆变技术，发展到二十世纪六、七十年代的晶闸管逆变技术，而二十一世纪的逆变技术多数采用了MOSFET、IGBT、GTO、IGCT、MCT等多种先进且易于控制的功率器件，控制电路也从模拟集成电路发展到单片机控制甚至采用数字信号处理器（DSP）控制。

各种现代控制理论如自适应控制、自学习控制、模糊逻辑控制、神经网络控制等先进控制理论和算法也大量应用于逆变领域。

其应用领域也达到了前所未有的广阔，从毫瓦级的液晶背光板逆变电路到百兆瓦级的高压直流输电换流站；

从日常生活的变频空调、变频冰箱到航空领域的机载设备；

从使用常规化石能源的火力发电设备到使用可再生能源发电的太阳能风力发电设备，都少不了逆变电源。

毋须怀疑，随着计算机技术和各种新型功率器件的发展，逆变装置也将向着体积更小、效率更高、性能指标更优越的方向发展。

3.基本型方波逆变电源电路简单，但输出电压波形的谐波含量过大，亦既THD（电流谐波畸变率）过大；

移相多重叠加逆变电源输出电压波形的谐波含量小，亦即THD小，但电路较复杂。

而PWM脉宽调制式逆变电源，既有电脑的电路，又可使输出电压波形，因而得到了广泛的应用。

所谓PWM脉宽调制技术（PulseWidthModulation,PWM）,是用一种参考波（通常是正弦波，有时也采用梯形波或注入零序谐波的正弦波或方波等）为调制波（ModulatingWave）,而以N倍于调制波频率的三角波（有时也用锯齿波）为载波（CarrierWave）进行波形比较，在调制波大于载波的部分产生一组幅值相等，而宽度正比于调制波的矩形脉冲序列用来等效调制波，用开关量取代模拟量，并通过对逆变电源开关管的通/断控制，把直流电变成交流电，这种技术就叫做脉宽控制逆变技术。

由于载波三角波（或锯齿波）的上下款度是线性变化的，故这种技术就叫做脉宽控制逆变技术。

由于载波三角波（或锯齿波）的上下宽度是线性变化的，故这种调制方式也是线性的，当调制波为正弦波时，输出矩形脉冲序列的脉冲宽度按正弦规律变化，这种调制技术通常又称为正弦脉宽调制（SinusoidaPWM）技术。

二、主要设计（研究）内容、设计（研究）思想、解决的关键问题、拟采用的技术方案及工作流程

1、设计的主要内容和技术指标

设计基于极点配置的PID控制器，改进逆变电源性能；

（1）、动态响应小于10ms。

（2）、稳态精度小于5%。

（3）、负载适应强，输出电压谐波畸变率低。

2、设计（研究）思想

找出影响其性能的因素

设计控制器

分析被控对象

分析被控对象性能

仿真检验控制效果

3、解决的关键问题

[1].逆变器采用模拟PID控制器进行调节，其动态性能特别是非线性负载的时候，不令人满意。

[2].由于PID控制无法实现对正弦指令的无静差跟踪，逆变器系统往往增设外环均值反馈保证系统的稳态精度。

[3].逆变器单环PID控制不很理想的原因在于：

一方面逆变器空载阻尼小，开环运行振荡剧烈，收敛速度慢，控制对象特性恶劣，而且负载情况复杂多变；

另一方面PID控器各参数常常基于经验法设计然后在现场调试中最后整定，或者基于频率特性反复试凑设计。

这些控制器设计方法没有与控制系统性能指标建立直接量化关系，没有找到适应各种负载运行情况的最佳控制参数值，因而PID控制器不能表现出很好的调节作用。

4、拟采用的技术方案及工作流程

A.采用的技术方案

通过设计合适的模拟控制器，改变模拟逆变电源的性能，从而提高逆变电源的性能指标，以适应不同的领域对电源性能的要求。

B.工作流程

a.分析被控对象性能

建立逆变器的数学模型，通过simulink搭建出相应的仿真结构图，输入正弦信号u（t）=Asin（t）,观察输出波形u0，分析逆变器性能的好坏。

图1逆变器性能仿真图

b.基于极点配置的PID控制器设计

从逆变器性能的仿真效果可以看出其性能不佳，为了改善逆变器性能，使其满足不同生产过程的需要，提出相应控制策略，达到改善逆变器性能的目的。

本设计采用基于基点的PID控制器，来实现逆变器性能的改善。

c.逆变器极点配置PID控制系统的性能

图3逆变器PID控制系统仿真图

d.仿真

e.验证系统性能

f.仿真结果分析

5.参考文献

[1]谢力华，苏彦民．正弦波逆变电源的数字控制技术[J]．电力电子技

术，2001，35（6）：

52-55，51，60．

[2]高军，赵向华，杨旭等．正弦波逆变器电压微分反馈控制策略的研

究[J]．电力电子技术，2000，（10）：

12-14．

[3]许爱国，谢少军．电容电流瞬时值反馈控制逆变器的数字控制技术

研究[J]．中国电机工程学报，2005，25

（1）：

49-53．

[4]孔雪娟，王荆江，彭力，等．基于内模原理的三相电压源型逆变电

源的波形控制技术[J]．中国电机工程学报，2003，23（7）：

67-70．

三、毕业设计（论文）工作进度安排

设计进度

设计内容

周数

日期

完成情况

导师签字

1.熟悉设计题目及要求，查阅相关资料，选择技术方案

1

2.熟悉设计题目及要求，查阅相关资料,选择技术方案

3.逆变器的建模

4.逆变器的仿真分析

2

5.设计合理的逆变器极点配置PID控制器

6.逆变器PID控制系统的仿真

7.仿真结果分析

8.简单的状态空间解释

9.撰写设计说明书，完成相关设计文件

指导

教师

意见

指导教师签字___________

年月日

院系

毕业

设计

领导

小组

审核

系主任___________教学院长___________

年月日年月日