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电力机车辅助电源复合迭代学习控制研究

作　者: 兖文宇
导　师: 于少娟
学　校: 太原科技大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 电力机车辅助电源 迭代学习控制 复合控制 补偿网络校正 均压控制策略
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


电力机车辅助电源是电力机车的重要组成部分，主要为空调、牵引风机、照明以及供电设备等提供稳定的380V/50Hz的三相交流电，它的性能好坏将直接关系到机车内的环境条件甚至整个电力机车的运行性能。电力机车辅助电源系统为时变、非线性且无法建立精确数学模型的系统，而且输出信号为交流量，使得常规控制方案很难实现具有良好的动、静态特性输出波形。因此，提出一种复合控制策略，保证输出波形兼顾动态特性和稳态精度且总谐波畸变率小。首先，针对铁路机车三相负载不完全对称的特点，确定选用三相半桥式逆变器作为逆变主电路，建立了其数学模型；进行了LC滤波器的设计；并搭建了PSIM和MATLAB/Simulink联合仿真平台，为以后的仿真分析设计打下基础。其次，针对直流母线电压波动范围大以及直流电压利用率低的问题，设计了Boost升压变换器并建立了其数学模型，对所建立的升压电路进行了补偿网络校正以满足系统性能要求，仿真验证了其控制器设计的合理性。再次，在逆变电源控制方法上，本文将迭代学习控制应用于机车辅助逆变电源控制中，与PI反馈控制相结合为一种新型复合控制策略。利用迭代学习控制来抑制周期性干扰、改善稳态精度；采用双环PI反馈控制器抑制非周期性扰动，提高逆变器的瞬时动态响应速度。仿真表明，复合控制下的输出波形动态响应快、稳态精度高、波形质量好。最后，针对直流母线电容电压容易发生不均衡现象，在新的复合控制方法的基础上提出了一种简单方便的基于调制波反馈的直流母线电容均压控制方法，仿真表明，均压效果良好。

全文目录


中文摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-18
  1.1 电力机车辅助电源的重要意义  10
  1.2 机车辅助电源的发展  10-11
  1.3 逆变电源控制技术的发展与现状  11-14
  1.4 迭代学习控制介绍  14-16
    1.4.1 迭代学习控制概述  14-15
    1.4.2 迭代学习控制发展趋势  15-16
  1.5 本文研究的主要内容  16-18
第二章 机车辅助电源数学模型建立及分析  18-34
  2.1 辅助电源参数指标及拓扑结构选择  18-20
    2.1.1 参数指标  18
    2.1.2 逆变器拓扑结构选择  18-20
  2.2 输出滤波器设计  20-22
  2.3 逆变器的数学模型  22-26
    2.3.1 脉宽调制环节  22-23
    2.3.2 输出滤波环节  23-25
    2.3.3 单相半桥式逆变器的传递函数  25-26
  2.4 逆变器波形畸变的因素  26-29
    2.4.1 死区效应  26
    2.4.2 非线性负载效应  26-27
    2.4.3 分压电容不均衡  27-29
  2.5 PSIM 和 MATLAB 联合仿真平台的设计与实现  29-32
  2.6 本章小结  32-34
第三章 机车辅助电源前级处理电路设计  34-44
  3.1 BOOST 变换电路工作原理  34-36
  3.2 参数设计  36-37
    3.2.1 储能电感  36-37
    3.2.2 滤波电容  37
  3.3 BOOST 变换电路控制器设计  37-41
    3.3.1 Boost 变换电路数学模型  37-38
    3.3.2 控制策略  38-41
  3.4 仿真结果分析  41-42
  3.5 本章小结  42-44
第四章 机车辅助电源复合控制器设计  44-64
  4.1 PI 双闭环控制  44-47
    4.1.1 双环控制概述  44-45
    4.1.2 基于极点配置的参数设计  45-47
  4.2 复合迭代学习控制器设计  47-52
    4.2.1 迭代学习控制的算法研究  47-49
    4.2.2 迭代学习算法抑制周期性扰动能力的分析  49
    4.2.3 逆变电源系统复合迭代学习控制器策略  49-52
  4.3 仿真结果分析  52-62
    4.3.1 PI 双闭环仿真  52-56
    4.3.2 复合迭代学习控制仿真结果分析  56-62
  4.4 本章小结  62-64
第五章 机车辅助电源分压电容均压控制研究  64-70
  5.1 调制波中的直流分量与电压偏差之间的关系  64
  5.2 电容均压控制策略  64-66
  5.3 仿真结果分析  66-68
  5.4 本章小结  68-70
第六章 总结与展望  70-72
  6.1 总结  70
  6.2 展望  70-72
参考文献  72-76
致谢  76-78
攻读学位期间发表的学术论文  78-79

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器 > 逆变器
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