目錄TOC\o"1-3"\h\u22944摘要 頁Designofthree-phaseAC-DCconversioncircuitAbstractThethree-phaseAC-DCconversioncircuitisanimportantcomponentofmodernpowerelectronicstechnology,whichcanefficientlyconvertthree-phaseACpowerintostableDCpowerandiswidelyusedinvariouselectronicdevicesandsystems.Withthedevelopmentoftechnologyandthetransformationofenergystructure,theroleofefficientandstablethree-phaseAC-DCconversioncircuitsinenergyutilization,energyconservationandemissionreductionisincreasinglyprominent.ThisarticlestudiestheAC/DCpowerconversiondeviceanditscontrolstrategy.Firstly,theimportanceofpowerconversiondevicesandtheirresearchstatusbothdomesticallyandinternationallywereoutlined.Subsequently,thetypesandworkingprinciplesofrectifiercircuitswereelaboratedindetail,withafocusonthemodelingofthetwelvepulserectifiercircuitanditscontrolsystem,includingpowertransformation,controlmodulation,filtering,andvoltagestabilization.Intermsofcontrolstrategy,thisarticleexplorestheperformanceindicatorsofthecontrolsystem,thedesignoffilteringcircuitparameters,andconductsin-depthresearchontheapplicationofPIDcontrolandfuzzycontrolinAC/DCpowerconversiondevices.SimulationanalysiswasconductedonPIDcontrolandfuzzycontrolusingSimulinkmodels,andrelevantsimulationcurvesweredisplayed.Finally,thisarticlealsoprovidesadetailedintroductiontothehardwaredesignoftheAC/DCpowerconversiondevice,includingcontrolcircuits,synchronizationcircuits,triggerpulseamplification,andserialcommunication.Amongthem,thecontrolcircuitisdesignedwithTMS320F2812asthecore.ThisstudynotonlyprovidestheoreticalsupportforthecontrolstrategyofAC/DCpowerconversiondevices,butalsoprovidespracticalguidanceforrelatedhardwaredesign,whichhelpstoimprovetheperformanceandstabilityofpowerconversiondevices.Throughcomprehensiveresearchandanalysis,thisarticleprovidesvaluablereferencesforthedevelopmentandapplicationofAC/DCpowerconversiontechnology.Keywords：Transformer;Capacitivefiltering;Stabilizedpowersupply第一章緒論1.1研究背景隨著科技的發(fā)展，直流電在工業(yè)生產(chǎn)、電力輸送、電動(dòng)汽車充電以及分布式能源接入電網(wǎng)等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。三相AC-DC轉(zhuǎn)換電路作為將三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電的關(guān)鍵技術(shù)，其性能與效率直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效果與能源消耗REF_Ref31582\w\h[1]。當(dāng)前，我國面臨能源安全的挑戰(zhàn)，提高電路效率、節(jié)約能源成為緊迫需求。因此，研究和設(shè)計(jì)高效、穩(wěn)定的三相AC-DC轉(zhuǎn)換電路，對于保障工業(yè)設(shè)備正常運(yùn)行、促進(jìn)生產(chǎn)活動(dòng)順利開展、推動(dòng)節(jié)能減排以及實(shí)現(xiàn)生態(tài)文明目標(biāo)具有重要意義REF_Ref31925\w\h[2]。此外，隨著新能源技術(shù)的快速發(fā)展，風(fēng)能、太陽能等分布式能源的接入也對三相AC-DC轉(zhuǎn)換電路提出了更高的要求。因此，研究和設(shè)計(jì)適應(yīng)新能源接入的三相AC-DC轉(zhuǎn)換電路，對于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、提高能源利用效率同樣具有重要意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀近年來，國內(nèi)對三相AC-DC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)的研究逐漸增多，取得了一系列成果。以下是國內(nèi)研究現(xiàn)狀的幾個(gè)方面：

施文燁（2021）在控制策略方面進(jìn)行了深入研究，提出了多種先進(jìn)的控制方法REF_Ref381\w\h[4]。將模型預(yù)測控制應(yīng)用于三相AC-DC轉(zhuǎn)換電路，通過實(shí)時(shí)預(yù)測電路的狀態(tài)并選擇最優(yōu)的控制動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了高效、穩(wěn)定的電能轉(zhuǎn)換。還有學(xué)者研究了一種基于滑?？刂频娜郃C-DC轉(zhuǎn)換電路控制策略，通過設(shè)計(jì)滑模切換面和控制律，提高了電路的抗干擾能力和魯棒性。劉明（2019）通過優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)、采用新型功率器件和改進(jìn)控制方法等手段，不斷提高電路的性能REF_Ref444\w\h[5]。研究一種基于寬禁帶功率器件的三相AC-DC轉(zhuǎn)換電路，通過利用寬禁帶器件的高開關(guān)速度和低導(dǎo)通電阻特性，提高了電路的工作頻率和效率。還有學(xué)者研究了一種模塊化設(shè)計(jì)的三相AC-DC轉(zhuǎn)換電路，通過將多個(gè)模塊并聯(lián)運(yùn)行，提高了電路的功率密度和可靠性。1.2.2國外研究現(xiàn)狀相比于國內(nèi)，國外對三相AC-DC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)的研究更加深入和廣泛。以下是國外研究現(xiàn)狀的幾個(gè)方面：FanF,JingyangF,UjjalM等（2022）研究了一種基于多電平拓?fù)涞娜郃C-DC轉(zhuǎn)換電路，通過增加電路的電平數(shù)，減小了輸出電壓的諧波含量和濾波器的體積REF_Ref499\w\h[6]。還有學(xué)者研究了一種基于模塊化多電平變換器的三相AC-DC轉(zhuǎn)換電路，通過將多個(gè)模塊級聯(lián)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了高電壓、大功率的電能轉(zhuǎn)換。YosukeI,ToruT（2021）將智能控制技術(shù)應(yīng)用于三相AC-DC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了電路的自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)和自優(yōu)化REF_Ref538\w\h[7]。將人工智能技術(shù)應(yīng)用于三相AC-DC轉(zhuǎn)換電路控制中，通過訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或模糊邏輯等智能算法，實(shí)現(xiàn)了對電路參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整和優(yōu)化。還有學(xué)者研究了一種基于預(yù)測控制的智能三相AC-DC轉(zhuǎn)換電路控制方法，通過實(shí)時(shí)預(yù)測電路的未來狀態(tài)并選擇最優(yōu)的控制策略，提高了電路的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。AmagaiY（2019）研究了電路的熱設(shè)計(jì)和散熱技術(shù)，通過優(yōu)化散熱器結(jié)構(gòu)、選擇合適的散熱材料等手段，降低了電路的溫度應(yīng)力和熱失效風(fēng)險(xiǎn)REF_Ref620\w\h[8]。研究電路的容錯(cuò)控制和故障檢測技術(shù)，通過在電路中設(shè)置冗余模塊、設(shè)計(jì)故障診斷算法等手段，提高了電路的容錯(cuò)能力和可靠性。1.3三相AC-DC轉(zhuǎn)換電路應(yīng)用三相AC-DC轉(zhuǎn)換電路在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中扮演著舉足輕重的角色，其應(yīng)用廣泛且重要。這種電路能夠?qū)⒔涣麟姡ˋC）轉(zhuǎn)換成直流電（DC），滿足各種電子設(shè)備和系統(tǒng)的需求。在新能源領(lǐng)域，三相AC-DC轉(zhuǎn)換電路是風(fēng)力發(fā)電和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心技術(shù)之一。風(fēng)能或太陽能產(chǎn)生的原始電能是交流電，但為了儲(chǔ)存和并網(wǎng)，需要將其轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電。高效、可靠的三相AC-DC轉(zhuǎn)換電路就顯得尤為重要。它不僅能保證能源轉(zhuǎn)換的效率，還能確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在工業(yè)自動(dòng)化和電機(jī)控制領(lǐng)域，三相AC-DC轉(zhuǎn)換電路也發(fā)揮著不可或缺的作用。許多工業(yè)設(shè)備，如變頻器、伺服驅(qū)動(dòng)器等，都需要穩(wěn)定的直流電源來驅(qū)動(dòng)。這些設(shè)備通過三相AC-DC轉(zhuǎn)換電路，將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為設(shè)備所需的直流電，從而實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的精確控制，提高生產(chǎn)效率。在數(shù)據(jù)中心和通信系統(tǒng)中，三相AC-DC轉(zhuǎn)換電路的應(yīng)用也十分重要。大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心和通信系統(tǒng)需要大量的直流電源來支持服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行。通過三相AC-DC轉(zhuǎn)換電路，可以有效地將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電，保證數(shù)據(jù)中心和通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行REF_Ref1129\w\h[9]。在電動(dòng)汽車充電站中，三相AC-DC轉(zhuǎn)換電路也扮演著關(guān)鍵角色。電動(dòng)汽車的充電過程，實(shí)際上就是一個(gè)將電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換為電池所需的直流電的過程。高效、穩(wěn)定的三相AC-DC轉(zhuǎn)換電路，不僅可以提高充電效率，還可以延長電池的使用壽命REF_Ref1547\w\h[10]。三相AC-DC轉(zhuǎn)換電路在能源轉(zhuǎn)換、工業(yè)自動(dòng)化、數(shù)據(jù)中心、通信系統(tǒng)以及電動(dòng)汽車充電等多個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。隨著科技的發(fā)展，這種電路將會(huì)在更多領(lǐng)域發(fā)揮其獨(dú)特的優(yōu)勢，推動(dòng)社會(huì)的進(jìn)步。第二章整流、濾波和穩(wěn)壓電路工作原理2.1整流電路類型2.1.1半波整流電路圖2-1半波整流電路圖圖中所示為最簡換向電路。它包括一個(gè)功率變換器B，一個(gè)整流二極管D，一個(gè)負(fù)載電阻器Rfz。變壓器將主要電壓（通常是220V）轉(zhuǎn)換成所需交流電壓e2，然后D將AC轉(zhuǎn)換成脈沖直流REF_Ref1547\w\h[10]。下圖觀察二極管是如何整流的。圖2-2半坡整流電路波形圖變壓器斷路器電壓e2是正弦波，具有隨著時(shí)間而改變的方向和幅值，它的波形如圖2~2A所示。在0至K時(shí)刻，e2為正半循環(huán)，即變壓器的頂端為正值，而下部為負(fù)值[11]。在這種情況下，二極管使正向電壓面導(dǎo)通，并且通過它對負(fù)載電阻器Rfz施加e2，使其具有負(fù)的半周，并且變壓器次級的下端為正，而上部為負(fù)。在這一點(diǎn)上，D是反相的，它是不導(dǎo)電的，因此在Rfz上沒有電壓。從0到π的時(shí)間是重復(fù)的，但是從3π到4π，這一過程是重復(fù)的。從圖5-2B可以看出，"削"掉AC電源的負(fù)半波，僅當(dāng)正半波通過Rfz時(shí)，Rfz只能獲得一個(gè)單右端（上正-下負(fù)）的電壓，從而完成整流。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，通常將其稱作脈沖直流，因?yàn)樨?fù)荷電壓Usc以及負(fù)荷電流的幅度都是與時(shí)間相關(guān)的。

在選擇二極管進(jìn)行整流電路設(shè)計(jì)時(shí)，二極管的參數(shù)選擇至關(guān)重要。首先，要關(guān)注二極管的耐壓值，它必須高于電路中的最大電壓，以確保在電壓峰值時(shí)二極管不會(huì)被擊穿。其次，要考慮二極管的整流電流，即二極管能承受的最大正向平均電流，它應(yīng)大于負(fù)載電流的有效值，以保證二極管在長時(shí)間工作中不會(huì)因過熱而損壞REF_Ref2243\w\h[11]。此外，二極管的反向漏電流也要盡可能小，以減少功耗和提高整流效率。在選擇二極管時(shí)，還應(yīng)考慮其恢復(fù)時(shí)間，較短的恢復(fù)時(shí)間可以減少開關(guān)損耗和電磁干擾。選擇具有合適耐壓、足夠大的整流電流、低反向漏電流以及短恢復(fù)時(shí)間的二極管，是實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定整流的關(guān)鍵。這樣的選擇不僅能保證整流電路的正常工作，還能延長二極管的使用壽命，提高整個(gè)電路系統(tǒng)的可靠性。2.1.2全波整流電路通過合理設(shè)計(jì)，可以獲得一種能夠充分利用電能的全波整流電路。下面的圖2~3是該全波整流器的電路圖.圖2-3中顯示了全波整流器的電路圖。圖2-3全波整流電路圖全波整流電路可以看作是由兩個(gè)半波整流電路組合而成的。在變壓器次級線圈之間設(shè)置分支，將次級線圈分割成兩個(gè)對稱線圈，從而產(chǎn)生兩個(gè)相同而極性相反的電壓e2a和e2b，從而形成兩個(gè)電流回路，即e2a,D1,Rfz和e2b,D2,Rfz。圖2-4全波整流電路波形圖全波整流電路的工作原理見圖2-4。從0至π，在e2a至D1正向電壓的情況下，D1導(dǎo)通，由此得到正向向下的Rfz電壓；利用D2使e2b的電壓反轉(zhuǎn)，使D2不導(dǎo)通（參看該圖中的時(shí)刻π-2π、D2正向電壓D2、Rfz仍然是正向下的負(fù)電壓；e2aduiD1代表反轉(zhuǎn)電壓，由于兩個(gè)整流單元D1、D2相繼導(dǎo)通，因此，當(dāng)正半波與負(fù)半波共同作用時(shí)，負(fù)載電阻Rfz都會(huì)流過同一方向的電流，稱之為全波整流，該方法不僅充分發(fā)揮了正半波和負(fù)半波的優(yōu)勢，極大地提升了整流效率（Usc=0.9e2，是半波整流的2倍）。在全波整流器的選用中，需要注意的是：1.額定電流：在最大負(fù)載情況下，選用最大負(fù)載時(shí)的電流，一般取二極管的80%。2.標(biāo)稱電壓：所選擇的標(biāo)稱電壓一般為實(shí)際運(yùn)行電壓的三倍。3.過流：必須對可能發(fā)生的最大沖擊電流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以確定二極管能經(jīng)受住[12]。4.溫度升高：在計(jì)算時(shí)要考慮到二極管的損失及熱阻。結(jié)溫度要適當(dāng)降低，防止溫度太高。此外，還要考慮到二極管的特性，先算出在二極管斷開時(shí)流經(jīng)二極管的平均電流lp以及實(shí)際所經(jīng)受的最大反向電壓Um。然后，按照下面的兩條原理來選擇二極管：1.二極管的整流電流最大值應(yīng)該在低電壓下。2.二極管最大反壓不能超過Um，一般選用Um的1.5-2倍。2.1.3橋式整流電路橋式整流器是一種常用的整流方式。通過增加兩根二極管構(gòu)成"橋"式的二極管，這種電路可以得到全波整流電路的優(yōu)勢，但是它的不足之處也能在一定程度上得到解決。在圖2~5中顯示了橋式整流電路。圖2-5橋式整流電路圖該電路以e2為正半周期來操作，使得D1、D3及方向電壓D1、D3處于導(dǎo)通狀態(tài)；相反的電壓被加到D2和D4上，D2和D4被接通。該電路由勵(lì)磁回路E_2,D1,Rfz,D3構(gòu)成。半波整流電壓由Rfz構(gòu)成，當(dāng)e2是負(fù)的半波整流電壓時(shí)，向D2和D4施加正向電壓，從而使D2和D4導(dǎo)通；相反的電壓加到D1和D3上，D1和D3處于斷開狀態(tài)。通電回路e2、D2、Rfz、D4構(gòu)成電路，同樣地，對另一半波的正半波、下負(fù)波進(jìn)行整流，形成Rfz上的電壓。上述操作狀態(tài)分別示于圖2~5中。這樣反復(fù)進(jìn)行，得到了與全波整流相同的全波整流波形。如由圖2至圖5所示，在電橋電路中，每個(gè)二極管所承受的反向電壓等于它二次端電壓的最大值，并且是全波整流電路的一半。在橋式整流電路中，應(yīng)綜合考慮整流電流的最大值，反向工作電壓的最大值，反向恢復(fù)時(shí)間，可靠性和穩(wěn)定性。2.2整流電路的原理整流電路是用來把由交流降壓電路輸出的低壓交流電轉(zhuǎn)換成整流二極管整流電路的功能。整流后的電壓不是交流電壓，而是混合電壓.直流電壓通常稱為“脈動(dòng)”。大部分整流電路都是由變壓器，整流器體，濾波器等組成，在直流電機(jī)調(diào)速，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，電解，電鍍等方面起著重要作用。它的整流電路一般包括三部分：主電路，濾波器，變換器。從70年代開始，硅整流器和可控硅已成為主流。在主電路和負(fù)載之間設(shè)置了濾波器，用來濾除直流脈動(dòng)中的交流分量。是否安裝變壓器，取決于具體情況。變壓器起著將交流電壓和直流輸出電壓匹配、交流電網(wǎng)和整流器回路隔離電流最大值、最大反向工作電壓、反向恢復(fù)時(shí)間、可靠性和穩(wěn)定性等方面的功能REF_Ref3085\w\h[14]。電源電路的整流電路可以分為橋式整流器，半波整流電路，半波整流電路，半波整流電路，全波整流電路，以及LED電平指示電路，用于整流音頻信號。第一、二、三種整流模式輸出的直流電流具有不同的單向脈動(dòng)特性，而半波整流電路只輸出半個(gè)周期的電壓，因此這種單向脈動(dòng)直流電流分量仍主要以50Hz為主；半波整流電路在50Hz的情況下，將AC電源的半個(gè)循環(huán)去除，而不會(huì)使直流單向脈動(dòng)的AC成分的頻率發(fā)生變化；全波和橋式整流器相同，均采用正、負(fù)兩個(gè)周期，使其在100赫茲范圍內(nèi)進(jìn)行放大。該方法通過對輸入電壓的半周進(jìn)行極性調(diào)整，使其產(chǎn)生的直流脈動(dòng)電壓的頻率比輸入電壓高一倍，便于對濾波器進(jìn)行濾波[15]。在三種整流回路中，只有全波整流要求二次側(cè)繞組有中心抽頭，而二次側(cè)繞組不需要分頭。此外，采用單二極管作為半波整流電路，雙二極管作為全波整流電路，四二極管作為二極管用于橋式整流電路。根據(jù)這兩個(gè)特性，很容易區(qū)分三種整流電路。在半波整流電路中，當(dāng)整流二極管斷開時(shí)，其兩端的交流電的峰值被施加到二極管兩端。對于全波整流電路也是如此，因?yàn)樵谝粋€(gè)二極管導(dǎo)通時(shí)，另外一個(gè)二極管截止，從而經(jīng)受住了全部的交變電壓高峰[16]。所以，在這兩種整流電路中，都要求整流器有很高的抗反峰壓的能力；橋式整流電路中，二極管導(dǎo)通、二極管導(dǎo)通、二極管導(dǎo)通、二極管關(guān)斷、二極管導(dǎo)通，且均具有較高的反向峰電壓，所以對于整流二極管的抗倒向峰電壓的能力要求較低。與半波整流電路不同，全波整流和橋式整流器均是將負(fù)半波變換成正半波，而半波整流電路則由正半波變換成負(fù)半波、負(fù)半波。在分析該整流電路時(shí)，其工作原理是利用其單向?qū)ǖ奶攸c(diǎn)，而整流二極管的導(dǎo)通電壓則由輸入交流電壓供給。2.3十二脈波整流電路本文介紹了一種新的整流電路移相多聯(lián)方法，即并聯(lián)多聯(lián)法和串聯(lián)多聯(lián)法。這兩種聯(lián)接形式具有同樣的作用，下文僅對串聯(lián)多聯(lián)整流器進(jìn)行論述，其組成如表2所示。表2-1串聯(lián)多重聯(lián)結(jié)的構(gòu)成直流側(cè)脈波數(shù)交流側(cè)移相角聯(lián)結(jié)重?cái)?shù)1230°二重1820°三重2415°四重3012°五重3610°六重圖2-6示出了一種十二脈波整流電路，它是由兩個(gè)三相整流橋串聯(lián)而成的，采用可控硅作為功率開關(guān)器件。變壓器一次側(cè)輸入為三相交流電源，采用Y-Y并接法和Y-△接法，使二次側(cè)輸出6相AC電源。圖2-6示出了12脈波串級整流電路框圖。圖2-612脈波串聯(lián)整流電路原理圖該十二脈波整流電路具有以下特征：(1)Y型連接方法的初級和次級的匝數(shù)比是1:1,Y-△型連接方法的初級和次級的匝數(shù)比是1:3；使六相工頻電源電壓有效值在變壓器輸出時(shí)的幅值相等。也就是，線路電壓a1c1,C1b1,C1a1,C2c2,C2b2以及B2a2的有效值大小相等。(2)Y接線模式下三相輸出線電壓比Y接線方式提前30度；也就是A1C1與a2c2,C2b2及B2a2相比，C1b1及B2a1的相位提前30°。(3)將上橋共用陰極連接到下橋共用陽極，構(gòu)成串聯(lián)結(jié)構(gòu)；兩套三相整流橋在運(yùn)行過程中不會(huì)互相干擾，其工作原理也是一樣的。2.4AC/DC電力變換裝置的工作原理上橋共陽極組的晶閘管、上橋共陰極組的可控硅整流器、下橋共陽極的可控硅晶體閘流管和下橋共陰極組中的可控硅閘流管均為導(dǎo)通狀態(tài)，其余可控硅閘管關(guān)斷，構(gòu)成對負(fù)載供電的電流回路。六相交相電壓從變壓器次級側(cè)輸出，具有四個(gè)相對負(fù)載。十二脈波整流電路在正常工作狀態(tài)下，不同時(shí)刻導(dǎo)通的可控硅具有不同的供電方式。而向負(fù)荷輸出的DC電壓等于上、下兩個(gè)電橋輸入交流線電壓的總和。（2）12個(gè)晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)椋篤T1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6-VT7-VT8-VT9-VT10-VT11-VT12。通過在門和陰極之間加一個(gè)觸發(fā)脈沖，使可控硅開關(guān)從關(guān)閉狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殚_啟狀態(tài)。在穩(wěn)態(tài)下，觸發(fā)脈沖必須滿足下列條件：共陽極組和共陰極組可控硅整流器，每個(gè)可控硅導(dǎo)通狀態(tài)在一個(gè)交流周期內(nèi)持續(xù)120°。任一可控硅管從自然換相點(diǎn)起至觸發(fā)脈沖施加之間的時(shí)間叫做控制角，通常用角度來表示?？煽毓鑼?dǎo)通狀態(tài)見表2-2。表2-2控制角為0度時(shí)晶閘管的導(dǎo)通情況（4）在一個(gè)供電循環(huán)中，輸出直流電壓分為12個(gè)周期，每個(gè)周期持續(xù)30℃。當(dāng)負(fù)載電壓波形進(jìn)入下一次周期時(shí)，將產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，從而實(shí)現(xiàn)一次換相。每個(gè)可控硅開關(guān)管在導(dǎo)通狀態(tài)下會(huì)發(fā)生三次換相，在整流閉合啟動(dòng)過程中或者在斷續(xù)電流狀態(tài)下，為了保證電路的正常運(yùn)行，需要確保四個(gè)同時(shí)導(dǎo)通的可控硅都具有觸發(fā)脈沖，也就是說，當(dāng)一個(gè)可控硅第一次被觸發(fā)時(shí)，需要將觸發(fā)脈沖分別加到它前面的三個(gè)晶閘管上。對此，有兩種方法可供選擇：一種是在相鄰脈沖波陣面相差30°的情況下，用四個(gè)窄脈沖作為觸發(fā)脈沖；另一種方案是使用大于120°的寬脈沖觸發(fā)。2.4十二脈波整流電路的控制系統(tǒng)建模十二脈波整流控制系統(tǒng)是以十二脈波整流整流作為被控對象的.十二脈波整流電路輸出為直流形式，輸出由控制角度進(jìn)行調(diào)整，因此，控制角度由a表示，負(fù)載電壓為系統(tǒng)控制量，控制角度為輸出。因此，可將該十二脈波整流控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成一種形式，如在圖2到7中所示。圖2-7十二脈波整流電路控制系統(tǒng)框圖該控制系統(tǒng)以直流電壓為反饋量，與給定電壓進(jìn)行比較，并以此為輸入，根據(jù)給定電壓和反饋電壓之差，調(diào)整控制角度，逐步減少偏差，達(dá)到控制目的。從圖2.7所示的控制系統(tǒng)圖可以看出，整個(gè)系統(tǒng)包括功率轉(zhuǎn)換部分、控制調(diào)制部分和濾波部分等幾個(gè)部分。下面將逐一分析每一個(gè)環(huán)節(jié)。2.4.1電力變換環(huán)節(jié)十二脈波整流電路是一種可在交流和直流電源間進(jìn)行變換的電路，其輸出電壓由控制角度及輸入電壓決定。如圖2.7所示，輸出到負(fù)載上的電壓為四個(gè)AC相位電壓的疊加，與此同時(shí)，控制角度確定了施加到負(fù)載上的AC電壓的大小。而工作在連續(xù)方式下的十二脈沖整流電路具有12個(gè)分段的輸出電壓，并且在AC電源循環(huán)T中是同一區(qū)段。采用這種方法，只需在時(shí)刻T/12處求得平均輸出電壓，就可以得到平均輸出電壓。2.4.2控制調(diào)制環(huán)節(jié)該系統(tǒng)由控制器與調(diào)制器組成。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于輸出信號與反饋信號之差的控制器。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于十二脈沖整流整流的新方法，該方法可以有效地提高系統(tǒng)的工作效率。在圖2.8中顯示了調(diào)制鏈路的示意圖。圖2-8調(diào)制環(huán)節(jié)原理圖r（t）為圖2-8所示的調(diào)制信號。該訊號為直角三角周期訊號。三角波具有與交流電相同的周期；三角波的寬度一般被設(shè)置為控制角度移動(dòng)的相幅值；在此基礎(chǔ)上，三角形波形的峰值與控制電壓的峰值相吻合。在此基礎(chǔ)上，提出了一種新的方法，該方法可以實(shí)現(xiàn)對輸入信號的跟蹤。相應(yīng)地，各控制電壓值與各控制角相對應(yīng)。2.4.3濾波環(huán)節(jié)在電子和信息系統(tǒng)中，一般都要求有一個(gè)穩(wěn)定的直流供電。同樣，在電力電子線路中，為了使負(fù)荷能夠正常工作，有時(shí)還要求采用大功率直流供電。對于常見的直流電源，其特性為：輸出電壓最高、電流最高、最大電壓范圍最大。質(zhì)量指標(biāo)包括穩(wěn)壓因子、溫度因子、紋波因子等。在此基礎(chǔ)上，提出了一種新的測量方法——紋波系數(shù)，它是一種新的測量方法。當(dāng)紋波系數(shù)降低時(shí)，其穩(wěn)定度也得到改善。但十二脈沖整流整流電路在工作循環(huán)中將產(chǎn)生12倍的振蕩，并且紋波系數(shù)隨控制角度的增加而增加，從而影響供電質(zhì)量。為了提高直流電壓的品質(zhì)，需要對其進(jìn)行濾波處理。本文介紹了一種基于數(shù)字信號處理技術(shù)的數(shù)字信號處理方法，并對其進(jìn)行了分析。圖2-9表示等效為與負(fù)載并聯(lián)的電容器的電容式直流濾波器。圖2-9容性輸入直流濾波電路容性直流濾波器能有效地濾除電壓波動(dòng)，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率，但也存在著附加的開斷量和重復(fù)峰值電流等缺點(diǎn)。所以，只有在功率較低的情況下，才能滿足要求。能濾掉直流紋波的感性直流濾波器。在大功率場合，更多地使用電感性器件。直流濾波電路，減小了直流電流的波動(dòng)系數(shù)，使其運(yùn)行特性有了較大改善。如圖2-10所示，其構(gòu)成等效為電感與負(fù)荷串聯(lián)的最簡單的感應(yīng)式直流濾波器。在大的電感情況下，采用整流回路，保證了輸出電流的穩(wěn)定。在高負(fù)荷情況下，采用感性濾波器進(jìn)行濾波，其性能優(yōu)于輕載。圖2-10感性輸入直流濾波電路2.4.4穩(wěn)壓電路經(jīng)過整流、濾波的輸出電壓通常隨著交流電源電壓的波動(dòng)以及負(fù)載的變化而發(fā)生變化，這將導(dǎo)致電子電路系統(tǒng)的運(yùn)行不穩(wěn)定，甚至完全失效。精密的電子測量儀器、自動(dòng)控制裝置和晶閘管觸發(fā)電路對直流電源的穩(wěn)定性提出了很高的要求。因此，通常需要在濾波后加上一個(gè)穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路采用穩(wěn)壓電路，如圖2~11所示。在電源電壓波動(dòng)或者負(fù)載電流波動(dòng)的情況下，能夠自動(dòng)地保持負(fù)載電壓Uo的穩(wěn)定。圖2-11穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2.5控制電路2.5.1TMS320F2812介紹德州儀器公司生產(chǎn)的數(shù)字信號處理器TMS320F2812是一款集DSP和單片機(jī)性能于一體的數(shù)字控制芯片，廣泛應(yīng)用于數(shù)字電機(jī)控制（DMC）、數(shù)據(jù)采集（DAQ）等領(lǐng)域。以優(yōu)化應(yīng)用為目標(biāo)，有效地縮短開發(fā)周期，F(xiàn)28x核心支持新的CCS環(huán)境CCompiler，提供了C語言中直接嵌入?yún)R編語言的程序開發(fā)接口，可以在C語言環(huán)境下與匯編語言一起編寫程序。F28xDSP內(nèi)核支持專用的IQ-math函數(shù)庫，使系統(tǒng)開發(fā)者能夠利用價(jià)格低廉的定點(diǎn)數(shù)字信號處理器開發(fā)浮點(diǎn)運(yùn)算算法。F28x系列DSP有望達(dá)到400兆赫，現(xiàn)已向150兆赫的Flash格式發(fā)展。2.5.2控制電路的設(shè)計(jì)控制電路基于所輸入的AC同步信號來決定所述控制角，并基于所述DC電壓反饋來決定所述當(dāng)前觸發(fā)脈沖的所述控制角。同時(shí)，控制電路將觸發(fā)脈沖輸出到晶閘管的柵極，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通。最后，為了與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，控制電路還需對串口通信數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，便于實(shí)際應(yīng)用。針對現(xiàn)代電路設(shè)計(jì)向集成化和數(shù)字化方向發(fā)展的要求，本項(xiàng)目選擇TI公司的高性能數(shù)字信號處理器TMS320F2812為主控芯片，并以此芯片為核心進(jìn)行外圍硬件設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)方面，主要涉及到交流同步，電平變換，脈沖放大，直流采樣，串行通訊等幾個(gè)方面。2.6同步電路設(shè)計(jì)同步信號采集電路對電網(wǎng)側(cè)三相電源進(jìn)行采集，經(jīng)過過壓、上拉、阻容濾波等處理，輸出方波信號。然后，采用光電耦合器TLP521實(shí)現(xiàn)了高電壓和低電壓的電隔離。最后輸出三路方波信號：TCA、TBC、TAB。本文介紹了一種用于數(shù)字信號處理器TMS320F2812的交流電源同步電路，其電路原理圖如圖2-12。圖2-12同步信號采集電路因?yàn)樵趫D2-12中電源電壓是5V，所以方波信號TCA,TBC,TAB都具有5V的幅度。由于TMS320F2812管腳輸入信號的電壓不能超過3.3V，因此還要對5V方波進(jìn)行電平變換，使其變?yōu)?.3V方波。如圖2-13所示，這里使用LVC16245芯片來完成電平變換。LVC16245具有一個(gè)高電平的DIR終端，它指示A組的管腳是信號輸入，而B組管腳是信號輸出；該VCC端子與3.3V電源相連，從而將3.3V的輸出信號保持為高電平。然后，LVC16245的輸出被提供給TMS320F2812中的CAP1,CAP2和CAP3作為信號輸入的捕捉管腳。圖2-135V到3.3V的電平轉(zhuǎn)換電路2.7觸發(fā)脈沖放大圖2-13示出了一種由場效晶體管和脈沖變壓器構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)放大電路。FETs作為開關(guān)，控制脈沖變壓器工作時(shí)間；脈沖變壓器對脈沖信號進(jìn)行功率放大和電隔離。變壓器的一次側(cè)和二次的變比是3:1，因?yàn)橐淮蝹?cè)的電源電壓是24V，所以放大電路最后輸出一個(gè)8V的觸發(fā)脈沖。圖2-13脈沖放大電路利用TMS320F2812芯片中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)了對電壓信號的采集。由于TMS320F2812模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有0-3V的輸入電壓。因此，必須設(shè)計(jì)一種電壓調(diào)理電路，使傳感器輸出的電流值不超過3V。圖2-14顯示了電壓調(diào)節(jié)電路的框圖。圖2-14電壓調(diào)理電路設(shè)計(jì)一種新型的運(yùn)算放大器集成芯片OP07。從傳感器輸出的電流先通過接地電阻，然后把電流轉(zhuǎn)換成電壓。然后，由OP07構(gòu)成的電壓跟隨器，將其送往后的電路。通過比例放大電路和反壓電路，使電壓信號保持在0-3V的范圍內(nèi)。正向串聯(lián)的二極管也被連接到電路的輸出端，其中上面的二極管被連接到3.3V的陰極上，而二極管的下方是接地的二極管。如果電壓訊號高于3.3伏，那么上方的二極管導(dǎo)通，維持輸出電壓為3.3伏；若電壓訊號低于0伏，下方二極管開啟，維持輸出電壓為0伏。這兩個(gè)二極管對輸出電壓進(jìn)行限制，起到保護(hù)電路的作用。2.8串口通信通常需要在系統(tǒng)中設(shè)置人機(jī)接口，以實(shí)現(xiàn)對控制器及整個(gè)系統(tǒng)的在線參數(shù)設(shè)定和監(jiān)測。為了實(shí)現(xiàn)交直流電源轉(zhuǎn)換設(shè)備的人機(jī)接口，需要設(shè)計(jì)出高效率的通訊電路，并選擇適當(dāng)?shù)耐ㄓ崊f(xié)議。目前的通訊方式以串口通信為主，大部分設(shè)備均支持9針的串口通信。圖2-15顯示了上位通信控制線路，它將由TMS320F2812產(chǎn)生的串行信號轉(zhuǎn)換為RS232電平，并經(jīng)MAX202E對其進(jìn)行電平變換。上位機(jī)通過該接口與控制電路進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。圖2-15串口通信電路第三章AC/DC電力變換裝置控制策略研究3.1控制系統(tǒng)性能指標(biāo)控制策略的參數(shù)設(shè)計(jì)要根據(jù)系統(tǒng)的性能指標(biāo)來進(jìn)行，下面列出AC/DC電力變換系統(tǒng)直流側(cè)的部分性能指標(biāo)：輸出電壓范圍：800V~1000V可調(diào)。電壓調(diào)節(jié)（空載-滿載）：+/-1%。電壓暫態(tài)波動(dòng)范圍：+/-15%。暫態(tài)電壓恢復(fù)時(shí)間：≤0.1s。3.2濾波電路參數(shù)設(shè)計(jì)由于控制系統(tǒng)輸出的直流電壓范圍從800V到1000V，因此，對濾波器的要求是：在此范圍內(nèi)，濾波后的輸出電壓能滿足負(fù)載要求。因此，如何選取濾波器環(huán)路參數(shù)，是實(shí)現(xiàn)這一性能指標(biāo)的關(guān)鍵。對于十二脈波整流電路，若要求其輸出電壓為800-1000V，輸出到負(fù)載上的電壓脈動(dòng)系數(shù)不超過2%，則可通過下列程序計(jì)算出適當(dāng)?shù)碾娙葜导半姼兄怠Ｔ?000V的輸出電壓下，經(jīng)濾波后的輸出電壓脈動(dòng)幅度為1000×2=20V。圖3-1示出了1000伏電壓在濾波之前的波形。圖3-1輸出平均值為1000V時(shí)，濾波前的輸出電壓波形由上述模擬結(jié)果可知，選取Lf=3mH時(shí)，所需電容值較小，且電壓波動(dòng)幅度亦能滿足指標(biāo)要求。選擇這個(gè)值后，根據(jù)這個(gè)值，選擇一個(gè)較大的電容值。考慮到上述因素，本文選擇了電感、電容分別為Lf=3mH、Cf=600μF的LC濾波器。利用MATLAB進(jìn)行了仿真，得到了基于此參數(shù)的濾波器的濾波效果如圖3-2所示。圖3-2不同輸出時(shí)的濾波效果3.3控制系統(tǒng)PID控制研究PID控制以其容易實(shí)現(xiàn)，易于調(diào)試，性能優(yōu)良而被廣泛采用。PID控制是將誤差、誤差變化量和誤差累積量的線性組合，輸出給被控對象。在此基礎(chǔ)上，提出了一種新的PID控制器設(shè)計(jì)方法。在十二脈波整流電路控制系統(tǒng)中引入PID控制器，對其控制性能進(jìn)行了研究。3.3.1PID控制系統(tǒng)Simulink模型在MATLAB/Simulink環(huán)境下，搭建十二脈波整流電路控制系統(tǒng)如圖3-3所示。圖3-3PID控制系統(tǒng)Simulink仿真圖其中，通過所述電壓表測量所述整流電路的輸出電壓，并將其輸入到所述控制電路；以此為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一種新型的十二脈沖同步驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在圖3至圖4中表示了該控制電路的構(gòu)成。圖3-4控制電路Simulink仿真圖在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于步進(jìn)信號的PID控制方法，該方法通過對輸入信號進(jìn)行平均化，然后，把它和設(shè)定值相比較，再把差值輸入PID控制器。PID控制器輸出控制電壓，再通過調(diào)整電路將其轉(zhuǎn)化為所需角度。在圖3-5中給出了PID控制器的Simulink模型。其中，kp,ki,kd是控制器的P,I和D參數(shù)。為了取得較好的效果，需要合理地選取參數(shù)。圖3-5PID控制器Simulink仿真圖3.3.2PID控制系統(tǒng)仿真曲線在以上所述仿真模型的基礎(chǔ)上，設(shè)置控制參數(shù)，運(yùn)行仿真程序，得到控制系統(tǒng)的各個(gè)仿真曲線。假設(shè)負(fù)載電阻大小為Ro=2.5Ω，當(dāng)P＝0.22，I=15，D＝0.001，在給定000伏電壓的情況下，在圖3-6中顯示了控制系統(tǒng)的輸出。結(jié)果表明，經(jīng)PID修正后，系統(tǒng)無過調(diào)，調(diào)節(jié)時(shí)間僅為0.4秒，滿足了系統(tǒng)指標(biāo)要求。圖3-6負(fù)載電阻Ro=2.5Ω，PID控制輸出電壓波形根據(jù)以上分析，當(dāng)負(fù)載電阻持續(xù)增加時(shí)，為了使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，必須對PID參數(shù)進(jìn)行修正，同時(shí)，新的控制參數(shù)與原負(fù)載的電阻值不符。因此，每次負(fù)載電阻值改變時(shí)，都要對控制參數(shù)進(jìn)行修正，以達(dá)到要求。對于不同的負(fù)荷，為了達(dá)到理想的控制效果，需要采用不同的PID參數(shù)。但是這對于負(fù)載量很大的控制系統(tǒng)來說是很不方便的。為保證交直流功率變換器的穩(wěn)定運(yùn)行和良好的動(dòng)態(tài)特性，需要對其PID參數(shù)進(jìn)行不斷地調(diào)整以滿足控制要求。因此，傳統(tǒng)的PID控制器已經(jīng)無法滿足系統(tǒng)的控制要求，需要尋找一種能夠克服負(fù)荷波動(dòng)對系統(tǒng)性能影響的新方法。3.4控制系統(tǒng)模糊控制研究模糊控制技術(shù)工作室以模糊集合理論、模糊語言變量及模糊邏輯推理為理論基礎(chǔ)，以先驗(yàn)知識(shí)為基礎(chǔ)，結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行模糊控制。模糊控制是一種適合于延遲控制的有效方法。在此基礎(chǔ)上，將模糊控制理論應(yīng)用于PID控制，解決了常規(guī)PID控制中的不確定性問題，提高了系統(tǒng)的精度。在實(shí)際應(yīng)用中，通常采用模糊控制、PID控制、模糊控制及PID控制兩種方式。3.4.1模糊控制理論概述在工程實(shí)踐中，通常采用比例法、積分法和微分法，即PID控制法。在對系統(tǒng)及被控對象沒有充分了解，或者無法用有效的檢測方法獲得參數(shù)的情況下，采用PID控制最為合適。在實(shí)際應(yīng)用中，PID控制主要有PI與PD兩大類。PID控制器根據(jù)被控量的特點(diǎn)，采用比例法、積分法和微分法等多種方法來求解被控量，從而實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。PID控制是目前應(yīng)用最為廣泛的一種控制方法。PID控制由P,I,D三部分組成，其基本原理簡單易懂，各參數(shù)的物理含義清晰明了。具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。廣泛用于化工，熱力，冶金，煉油，造紙，建材等行業(yè)。目前，以PID為基礎(chǔ)的自動(dòng)調(diào)整器已經(jīng)商品化，有機(jī)械、液壓、氣壓和電子控制等多種實(shí)現(xiàn)方式，但都無法脫離PID控制。目前工業(yè)控制系統(tǒng)仍以PID控制為主。比例控制器是最簡單的一種?？刂破鞯妮敵稣扔谡`差輸入。比例控制就是按照一定比例，在最短時(shí)間內(nèi)對偏差信號作出相應(yīng)的反應(yīng)，從而使偏差趨于減小。當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)誤差時(shí)，控制器立即發(fā)揮控制功能，使PID控制對象的偏差減小。比例系數(shù)Kp具有加速系統(tǒng)響應(yīng)速度和改善調(diào)節(jié)精度等作用。當(dāng)Kp較大時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)速度較快，但過大則會(huì)引起系統(tǒng)的超調(diào)、振蕩和失穩(wěn)；當(dāng)Kp取得太小時(shí)，將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的動(dòng)、靜性能。因此，在調(diào)節(jié)比例時(shí)，經(jīng)常需要同時(shí)執(zhí)行無差積分調(diào)整與差動(dòng)式阻尼調(diào)整。在整定控制中，控制器輸出與誤差信號積分成比例。該方法同時(shí)考慮了存儲(chǔ)和積分兩種誤差，能有效地消除系統(tǒng)的靜差。KI實(shí)現(xiàn)了對受控量在穩(wěn)態(tài)下的無靜差跟蹤。一旦出現(xiàn)偏差，其作用就會(huì)不斷增強(qiáng)。在此基礎(chǔ)上，提出了一種新的數(shù)學(xué)模型，即在該模型下，在該模型下，系統(tǒng)的積分為常數(shù)。在此基礎(chǔ)上，在積分過程中，可以有效地消除系統(tǒng)誤差。積分時(shí)間常數(shù)對積分成分有較大的影響。在鈦量大的情況下，積分效應(yīng)非常微弱，沒有明顯的振蕩，但是要消除這種誤差卻要花很長的時(shí)間；在Ti較小的情況下，體系的積分效應(yīng)非常強(qiáng)烈，體系在轉(zhuǎn)捩過程中會(huì)產(chǎn)生振蕩，但可以在極短的時(shí)間內(nèi)將其消除。本文介紹了一種新型的基于比例+積分的控制方法，該方法可以有效地解決傳統(tǒng)的PID控制問題。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于被控對象特性的PID控制器。在實(shí)際應(yīng)用中，常用三種方法對PID控制器參數(shù)進(jìn)行調(diào)整：臨界比例法，響應(yīng)曲線法，衰減法。這三種控制算法各有特色，但共同之處在于，它們都是先通過試驗(yàn)，再根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)來調(diào)整控制器的參數(shù)。然而，無論采用何種方法得到的控制器參數(shù)均需要在實(shí)際中加以檢驗(yàn)和改進(jìn)。目前，常用的方法是關(guān)鍵比率法。用這種方法來調(diào)整PID控制器的參數(shù)，其具體過程是：(1)為了保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，第一步是選取一個(gè)充分小的取樣時(shí)間；(2)僅添加一個(gè)比例控制環(huán)，直到系統(tǒng)出現(xiàn)對輸入的階躍響應(yīng)的關(guān)鍵振動(dòng)，并記錄該時(shí)刻的尺度放大系數(shù)和臨界振動(dòng)周期；(3)根據(jù)所給出的控制方案，通過方程求解出PID控制器的各個(gè)參數(shù)，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。3.4.2PID控制算法隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，以微機(jī)為核心的數(shù)字式PID控制系統(tǒng)正逐漸替代傳統(tǒng)的模擬PID控制方式。(1)數(shù)字PID位置式控制算法，其目的是將連續(xù)系統(tǒng)的微分方程轉(zhuǎn)化為數(shù)字格式的微分方程，方便在計(jì)算機(jī)上實(shí)施。因此，將積分式和微分式分別用求和和增量式來表達(dá)。

（3-2）（3-3）得到數(shù)字的PID表達(dá)式:（3-4）其中，=T是一個(gè)取樣周期，為了保證測量的準(zhǔn)確性，一定要把T取得很小；E（K）是在第k個(gè)取樣中的偏離值；其中，E（k-1）是在第k-1個(gè)取樣中的偏離值；k是抽樣序列號，k=0、1、2、...；其中，P（K）是穩(wěn)壓器在第k個(gè)取樣時(shí)的輸出。因?yàn)楣剑?-4）的輸出值一一對應(yīng)于閥開度的位置，所以公式（3-4）一般被稱作位置式PID公式。從公式（3-4）可知，首先要對P（k）進(jìn)行計(jì)算，就必須不但這一次必須與前一次的偏差信號E（K）、E(k-1)，還必須將前一次的偏差信號E(j）加到積分項(xiàng)中。因此，在存儲(chǔ)E（j）時(shí)，需要大量的存儲(chǔ)空間。因此，通過公式（3-4）來直接執(zhí)行控制是不方便的。為了這一點(diǎn)，作了以下的修改。根據(jù)遞推原理，可寫出第k-1次的PID輸出表達(dá)式 （3-5）用（3-4）減去（3-5）可得（3-6）式中，為積分系數(shù)；為微分系數(shù)。3.5模糊控制模糊控制就是利用模糊集理論、模糊語言和模糊邏輯推理等知識(shí)，模擬人類的模糊思維方式，實(shí)現(xiàn)對人類的操控。該理論以模糊集、模糊語言變量和模糊邏輯為基礎(chǔ)，以較為簡潔的數(shù)學(xué)形式直觀地表達(dá)了人類的判斷和思維過程，因此被越來越廣泛地應(yīng)用。它在圖像識(shí)別，自動(dòng)機(jī)，語言學(xué)，控制論，信號處理等方面有著廣泛的應(yīng)用。利用模糊集合理論和模糊控制方法，可以把人類的經(jīng)驗(yàn)和推理過程和自動(dòng)控制有機(jī)地結(jié)合起來。模糊控制的特點(diǎn)是：(1)該算法無需對被控對象進(jìn)行數(shù)學(xué)建模；模糊控制是以人對被控對象的控制經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的控制方法。(2)模糊控制是一種智能化的控制方法，體現(xiàn)了人的智能。模糊控制充分利用人的“高”“中”“大”“小”“低”這兩個(gè)模糊因素，采用模糊推理的方法進(jìn)行控制量的確定。它們反映了人的思想活動(dòng)。(3)易于接受的模糊控制。它的核心是以書面形式表現(xiàn)的控制法則。(4)結(jié)構(gòu)良好。該控制器結(jié)構(gòu)簡單，易于軟件實(shí)現(xiàn)。(5)增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性與自適應(yīng)能力。該方法主要是根據(jù)專家的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜目標(biāo)的有效控制。本文介紹了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊控制器設(shè)計(jì)方法。圖3-7模糊控制器的基本組成框圖3.5.1模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將模糊控制應(yīng)用到十二脈沖整流電路中，與常規(guī)PID控制相比，整體結(jié)構(gòu)沒有任何改變。首先采用模糊控制取代了常規(guī)PID控制器，并將其作為控制輸入，由于模糊控制可實(shí)現(xiàn)任意非線性控制，因此可省去PID控制后的調(diào)整環(huán)節(jié)，可由模糊控制器直接獲得整流回路的控制角。為提高控制精度，采用增量式控制器，將控制角度的變化量作為輸出。在控制器后加入積分環(huán)節(jié)，將控制角度的變化量累計(jì)到實(shí)際角度。圖3-8是一種基于模糊邏輯的控制器。圖3-8模糊控制系統(tǒng)3.5.2模糊控制器設(shè)計(jì)1、模糊化模糊化就是將控制系統(tǒng)的輸入、輸出轉(zhuǎn)化為各個(gè)模糊集合的隸屬程度，為模糊推理提供了數(shù)據(jù)支撐。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于模糊控制理論的模糊控制方法。本發(fā)明涉及一種十二脈沖整流回路控制系統(tǒng)，其輸入/輸出（誤差、誤差變化率及控制角變化）可以被定義成正大、正小、零、負(fù)小、負(fù)大，并以字母形式將其表示為PB、PS、ZE、NS、NB等。每一個(gè)模糊集合由一個(gè)隸屬度函數(shù)來描述。運(yùn)用隸屬度函數(shù)，可以確定每一個(gè)輸入與輸出之間的隸屬關(guān)系。2、模糊控制器在制定控制規(guī)律時(shí)，要充分發(fā)揮工程技術(shù)人員的主觀能動(dòng)性。按照它的工作原理，可以將該規(guī)律總結(jié)為：在系統(tǒng)中，如果存在負(fù)的誤差，并且誤差變化率是負(fù)的，可以采用增加控制角度的辦法來減小系統(tǒng)的電壓。當(dāng)偏差為正數(shù)時(shí)，為了改善輸出電壓，必須降低控制角度。表3-1語言控制規(guī)則在此基礎(chǔ)上，歸納出了表3-1中所列的語言控制規(guī)則。該控制器在執(zhí)行過程中，通過對表3-1所列控制規(guī)律的搜索，并按照每一種控制規(guī)律，計(jì)算出對應(yīng)的輸出隸屬程度。3、消除穩(wěn)態(tài)誤差采用上述方法設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，其穩(wěn)態(tài)誤差為10V左右。PI控制能有效降低系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高輸出精度。因此，本文采用了模糊控制和比例積分控制相結(jié)合的方法，提高了系統(tǒng)的精度。圖3-9示出了一種模糊控制器和PI控制器組合的模式，該模式通過控制開關(guān)實(shí)現(xiàn)了模糊控制和PI控制兩種模式的切換。圖3-9模糊控制器與PI控制器的切換當(dāng)給定值與反饋誤差超過10V時(shí)，將切換到模糊控制器，使系統(tǒng)進(jìn)入動(dòng)態(tài)調(diào)整狀態(tài)，這時(shí)按表3.1中的規(guī)則執(zhí)行控制操作。4、仿真電路利用Simulink建立了模糊控制系統(tǒng)的仿真模型。其中，十二脈波整流電路的主拓?fù)錄]有做任何改變，并且MATLAB/Simulink本身就有模糊控制模塊，只需在模塊中設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)控制算法，為工程師提供了方便。所以，控制電路只需要重新構(gòu)建就可以。模糊控制電路如圖3-10所示。圖3-10模糊控制電路Simulink仿真圖3.5.3模糊控制系統(tǒng)仿真曲線通過模擬程序，可以獲得輸出的動(dòng)態(tài)曲線。圖3.11是控制系統(tǒng)在不同負(fù)荷狀況下的輸出曲線。圖3-11不同負(fù)載情況下，模糊PI控制輸出曲線從曲線可知，所設(shè)計(jì)的模糊控制器不依賴于系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并且當(dāng)負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，不會(huì)對控制器產(chǎn)生影響。從圖3~12可以看出，在負(fù)荷改變的情況下，并未對系統(tǒng)的輸出特性產(chǎn)生明顯的影響，從而使PID控制系統(tǒng)產(chǎn)生了明顯的振蕩，這表明，采用模糊比例積分控制器可以很好地抑制負(fù)荷波動(dòng)對系統(tǒng)造成的干擾。因而，與常規(guī)PID控制相比，模糊比例積分控制具有更好的性能。圖3-12不同負(fù)載情況下，PID控制輸出曲線圖3-13為同樣負(fù)載條件下，結(jié)果表明，該方法具有較好的魯棒性和魯棒性。其中，實(shí)線表示系統(tǒng)在模糊PI控制下的輸出特性，虛線表示PID控制后的輸出特性。由圖可見，模糊PI控制在一般情況下比PID控制具有更好的響應(yīng)速度，從而大大提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。圖3-13仿真曲線比較開環(huán)波特圖隨著負(fù)荷的改變而發(fā)生變化。PID控制器不能克服系統(tǒng)參數(shù)變化引起的擾動(dòng)。由于模糊控制器不需要精確的數(shù)學(xué)模型，所以只要設(shè)定合理的隸屬度函數(shù)和控制律，就能有效地克服負(fù)載波動(dòng)對系統(tǒng)的影響。采用模糊控制和比例積分控制相結(jié)合的方法，不僅具有較強(qiáng)的抗干擾能力，而且具有較好的動(dòng)態(tài)性能。第四章總結(jié)本研究圍繞AC/DC電力變換裝置