[優(yōu)秀畢業(yè)設計畢業(yè)論文]單神經(jīng)元pwm控制在軌道交通pwm整流器中的應用研究本科畢業(yè)論文.doc
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[優(yōu)秀畢業(yè)設計畢業(yè)論文]單神經(jīng)元pwm控制在軌道交通pwm整流器中的應用研究本科畢業(yè)論文,摘要消除電網(wǎng)諧波污染、提高功率因數(shù)是電力電子領域研究的重大課題。由于pwm整流技術(shù)具有高功率因數(shù)、低諧波污染、能量雙向流動、小容量儲能環(huán)節(jié)、恒定直流電壓控制等優(yōu)點，因此對高功率因數(shù)的三相pwm整流器的研究己成為當今國內(nèi)外研究的熱點，如果能將之應用在城市軌道交通直流牽引供電電源系統(tǒng)中將有著重大的現(xiàn)實意義。本文首先本文對城...
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摘 要
消除電網(wǎng)諧波污染、提高功率因數(shù)是電力電子領域研究的重大課題。由于PWM整流技術(shù)具有高功率因數(shù)、低諧波污染、能量雙向流動、小容量儲能環(huán)節(jié)、恒定直流電壓控制等優(yōu)點，因此對高功率因數(shù)的三相PWM整流器的研究己成為當今國內(nèi)外研究的熱點，如果能將之應用在城市軌道交通直流牽引供電電源系統(tǒng)中將有著重大的現(xiàn)實意義。
本文首先本文對城市軌道交通直流牽引整流器的主電路拓撲結(jié)構(gòu)進行了設計，完成了三相橋式PWM整流器的主電路和參數(shù)選擇。從控制角度出發(fā)，經(jīng)過比較分析選擇了基于直接電流控制和SVPWM控制方法對三相電壓型PWM整流器進行雙閉環(huán)控制，其中電壓環(huán)(外環(huán))采用單神經(jīng)元PID控制，電流環(huán)(內(nèi)環(huán))仍采用傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)。由于神經(jīng)網(wǎng)絡具有自適應和自學習能力，利用神經(jīng)網(wǎng)絡對傳統(tǒng)的PID控制器進行改造后的單神經(jīng)元PID，對工業(yè)控制中的復雜系統(tǒng)的控制有著更好的控制效果，可以有效地改善由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)變化而導致的控制效果不穩(wěn)定的狀況。
最后建立整個系統(tǒng)的SIMULINK仿真模型，對其進行了仿真分析，通過仿真結(jié)果驗證了基于單神經(jīng)元PWM控制的三相PWM整流器在地鐵、輕軌等直流牽引供電電源中用作牽引整流器的可行性，也驗證了針對其應用而提出的控制方法和系統(tǒng)參數(shù)設計方法的正確性。
關鍵詞：三相電壓型PWM整流器、SVPWM、雙閉環(huán)控制、單神經(jīng)元PID
ABSTRACT
Eliminating harmonic pollution and improving power factor are a very important task in the field of power electronics.Due to advantage of three-phase PWM rectifier like higher power factor and lower harmonic pollution, the research of three-phase PWM rectifier is becoming the researching hotspot on international and native. So it is significant to bring it to the DC traction power supply system for urban mass transit.
At first ,this passage designs the main circuit and calculate the parameters of the Boost type Three-phase PWM Rectifier. From the control point of view, through a comparative analysis of selection, we choose the direct current control and SVPWM current decoupling control method of three-phase voltage-type PWM rectifier dual closed-loop control, including voltage loop (outer) single-neuron PID control, current loop ( inner ring) is still using the traditional PI regulator . As the neural network with adaptive and self-learning ability, the use of neural network PID controller for the traditional post-transformed single neuron PID, control of complex industrial control systems have a better control effect, can effectively improve as a result of system structure and parameters of change in control resulting from the situation of instability
Finally, the establishment of the whole system Simulink simulation model, their simulation analysis, through simulation results show the single neuron-based PWM control of three-phase PWM rectifier in the subway, light rail, such as DC traction power supply in the feasibility for traction rectifier ,also verify that their application for the proposed control method and system parameter design method.
Keywords：Three-phase voltage PWM rectifier ; Space vector PWM (SVPWM); Double cyclic control system; single neuron PID
目 錄
1概述 1
1.1城軌交通直流牽引供電系統(tǒng) 1
1.2城軌交通牽引變電所的整流裝置 3
1.2.1整流技術(shù)相關知識和整流技術(shù)的發(fā)展 3
1.2.2諧波與功率因數(shù)定義 4
1.2.3牽引變電所整流機組 4
1.3 PWM控制整流器研究概況 5
1.3.1 PWM控制整流器的發(fā)展 5
1.3.2 PWM整流器工作原理 5
1.3.3 PWM整流器的分類 7
1.4人工神經(jīng)網(wǎng)絡的基本概念及特點 8
1.4.1 神經(jīng)元結(jié)構(gòu)及神經(jīng)元信息處理機理 8
1.4.2人工神經(jīng)元的數(shù)學模型 10
2軌道交通直流牽引變電所整流器主電路拓撲數(shù)學模型的建立及參數(shù)的計算 11
2.1 主電路拓撲結(jié)構(gòu)的選擇及其數(shù)學模型的建立 11
2.1.1三相VSR一般數(shù)學模型 12
2.1.2三相系統(tǒng)的矢量描述和坐標變換 13
2.1.3 （d q）坐標系下的三相VSR數(shù)學模型 15
2.2三相VSR系統(tǒng)參數(shù)的設計與仿真 17
2.2.1 VSR直流側(cè)與交流側(cè)電壓的確定與分析 17
2.2.2 VSR交流側(cè)電感的分析與設計 18
2.2.3 VSR直流側(cè)電容容量的分析與設計 21
2.2.4 軌道交通直流牽引供電換流器的參數(shù)計算 22
3軌道交通直流牽引供電整流器控制系統(tǒng)的設計 23
3.1 PWM整流器的控制策略 23
3.2 單神經(jīng)元自適應PID控制器 24
3.2.1單神經(jīng)元自適應PID原理 24
3.2.2單神經(jīng)元自適應PID控制器的實現(xiàn) 25
3.2.3復合型單神經(jīng)元PID 29
3.3三相VSR控制系統(tǒng)的雙閉環(huán)控制設計 30
3.3.1電流內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)設計 30
3.3.2基于單神經(jīng)元PID控制的電壓外環(huán)控制系統(tǒng)設計 35
4三相VSR的 SVPWM調(diào)制技術(shù)及其算法實現(xiàn) 39
4.1.三相兩電平VSR空間電壓矢量分布及合成 40
4.2 SVPWM驅(qū)動信號生成算法及其仿真 42
4.2.1一種線電壓控制策略的多電平通用的空間矢量算法原理簡介及實現(xiàn) 43
4.2.2基于MATLAB的兩電平算法的仿真試驗 45
5 軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)測試與仿真 49
5.1基于復合單神經(jīng)元PWM控制與單神經(jīng)元PWM控制的軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)的仿真比較分析 51
5.2基于復合單神經(jīng)元PWM控制的系統(tǒng)交流側(cè)ID、IQ分析 53
5.3 系統(tǒng)負載突變時仿真分析 54
5.4系統(tǒng)交流側(cè)輸入電流諧波分析 56
5.5系統(tǒng)在有源逆變工作狀態(tài)下性能分析 56
6 結(jié)論…………………………………………………………………………...58
7 參考文獻……………………………………………………………………...59
8英文原文………………………………………………………………………61
9中文譯文………………………………………………………………………71
10致謝………………………..
消除電網(wǎng)諧波污染、提高功率因數(shù)是電力電子領域研究的重大課題。由于PWM整流技術(shù)具有高功率因數(shù)、低諧波污染、能量雙向流動、小容量儲能環(huán)節(jié)、恒定直流電壓控制等優(yōu)點，因此對高功率因數(shù)的三相PWM整流器的研究己成為當今國內(nèi)外研究的熱點，如果能將之應用在城市軌道交通直流牽引供電電源系統(tǒng)中將有著重大的現(xiàn)實意義。
本文首先本文對城市軌道交通直流牽引整流器的主電路拓撲結(jié)構(gòu)進行了設計，完成了三相橋式PWM整流器的主電路和參數(shù)選擇。從控制角度出發(fā)，經(jīng)過比較分析選擇了基于直接電流控制和SVPWM控制方法對三相電壓型PWM整流器進行雙閉環(huán)控制，其中電壓環(huán)(外環(huán))采用單神經(jīng)元PID控制，電流環(huán)(內(nèi)環(huán))仍采用傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)。由于神經(jīng)網(wǎng)絡具有自適應和自學習能力，利用神經(jīng)網(wǎng)絡對傳統(tǒng)的PID控制器進行改造后的單神經(jīng)元PID，對工業(yè)控制中的復雜系統(tǒng)的控制有著更好的控制效果，可以有效地改善由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)變化而導致的控制效果不穩(wěn)定的狀況。
最后建立整個系統(tǒng)的SIMULINK仿真模型，對其進行了仿真分析，通過仿真結(jié)果驗證了基于單神經(jīng)元PWM控制的三相PWM整流器在地鐵、輕軌等直流牽引供電電源中用作牽引整流器的可行性，也驗證了針對其應用而提出的控制方法和系統(tǒng)參數(shù)設計方法的正確性。
關鍵詞：三相電壓型PWM整流器、SVPWM、雙閉環(huán)控制、單神經(jīng)元PID
ABSTRACT
Eliminating harmonic pollution and improving power factor are a very important task in the field of power electronics.Due to advantage of three-phase PWM rectifier like higher power factor and lower harmonic pollution, the research of three-phase PWM rectifier is becoming the researching hotspot on international and native. So it is significant to bring it to the DC traction power supply system for urban mass transit.
At first ,this passage designs the main circuit and calculate the parameters of the Boost type Three-phase PWM Rectifier. From the control point of view, through a comparative analysis of selection, we choose the direct current control and SVPWM current decoupling control method of three-phase voltage-type PWM rectifier dual closed-loop control, including voltage loop (outer) single-neuron PID control, current loop ( inner ring) is still using the traditional PI regulator . As the neural network with adaptive and self-learning ability, the use of neural network PID controller for the traditional post-transformed single neuron PID, control of complex industrial control systems have a better control effect, can effectively improve as a result of system structure and parameters of change in control resulting from the situation of instability
Finally, the establishment of the whole system Simulink simulation model, their simulation analysis, through simulation results show the single neuron-based PWM control of three-phase PWM rectifier in the subway, light rail, such as DC traction power supply in the feasibility for traction rectifier ,also verify that their application for the proposed control method and system parameter design method.
Keywords：Three-phase voltage PWM rectifier ; Space vector PWM (SVPWM); Double cyclic control system; single neuron PID
目 錄
1概述 1
1.1城軌交通直流牽引供電系統(tǒng) 1
1.2城軌交通牽引變電所的整流裝置 3
1.2.1整流技術(shù)相關知識和整流技術(shù)的發(fā)展 3
1.2.2諧波與功率因數(shù)定義 4
1.2.3牽引變電所整流機組 4
1.3 PWM控制整流器研究概況 5
1.3.1 PWM控制整流器的發(fā)展 5
1.3.2 PWM整流器工作原理 5
1.3.3 PWM整流器的分類 7
1.4人工神經(jīng)網(wǎng)絡的基本概念及特點 8
1.4.1 神經(jīng)元結(jié)構(gòu)及神經(jīng)元信息處理機理 8
1.4.2人工神經(jīng)元的數(shù)學模型 10
2軌道交通直流牽引變電所整流器主電路拓撲數(shù)學模型的建立及參數(shù)的計算 11
2.1 主電路拓撲結(jié)構(gòu)的選擇及其數(shù)學模型的建立 11
2.1.1三相VSR一般數(shù)學模型 12
2.1.2三相系統(tǒng)的矢量描述和坐標變換 13
2.1.3 （d q）坐標系下的三相VSR數(shù)學模型 15
2.2三相VSR系統(tǒng)參數(shù)的設計與仿真 17
2.2.1 VSR直流側(cè)與交流側(cè)電壓的確定與分析 17
2.2.2 VSR交流側(cè)電感的分析與設計 18
2.2.3 VSR直流側(cè)電容容量的分析與設計 21
2.2.4 軌道交通直流牽引供電換流器的參數(shù)計算 22
3軌道交通直流牽引供電整流器控制系統(tǒng)的設計 23
3.1 PWM整流器的控制策略 23
3.2 單神經(jīng)元自適應PID控制器 24
3.2.1單神經(jīng)元自適應PID原理 24
3.2.2單神經(jīng)元自適應PID控制器的實現(xiàn) 25
3.2.3復合型單神經(jīng)元PID 29
3.3三相VSR控制系統(tǒng)的雙閉環(huán)控制設計 30
3.3.1電流內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)設計 30
3.3.2基于單神經(jīng)元PID控制的電壓外環(huán)控制系統(tǒng)設計 35
4三相VSR的 SVPWM調(diào)制技術(shù)及其算法實現(xiàn) 39
4.1.三相兩電平VSR空間電壓矢量分布及合成 40
4.2 SVPWM驅(qū)動信號生成算法及其仿真 42
4.2.1一種線電壓控制策略的多電平通用的空間矢量算法原理簡介及實現(xiàn) 43
4.2.2基于MATLAB的兩電平算法的仿真試驗 45
5 軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)測試與仿真 49
5.1基于復合單神經(jīng)元PWM控制與單神經(jīng)元PWM控制的軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)的仿真比較分析 51
5.2基于復合單神經(jīng)元PWM控制的系統(tǒng)交流側(cè)ID、IQ分析 53
5.3 系統(tǒng)負載突變時仿真分析 54
5.4系統(tǒng)交流側(cè)輸入電流諧波分析 56
5.5系統(tǒng)在有源逆變工作狀態(tài)下性能分析 56
6 結(jié)論…………………………………………………………………………...58
7 參考文獻……………………………………………………………………...59
8英文原文………………………………………………………………………61
9中文譯文………………………………………………………………………71
10致謝………………………..
