基于Matlab的三相電壓型PWM整流器建模與仿真

1、󰀁󰀁󰀁󰀁自動化與儀器儀表ZIDONGHUAYUYIQIYIBIAO󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2005年第6期(總第122期)󰀁󰀁󰀁󰀁文章編

2、號:1001-9227(2005)06-0073-03基于Matlab的三相電壓型PWM整流器建模與仿真胡學芝(黃石理工學院自動化系󰀁湖北黃石,435003)摘󰀁要:敘述了建立三相電壓型PWM整流器的數(shù)學模型。在此基礎上,使用功能強大的MAT󰀁LAB/SIMULINK軟件進行了仿真,仿真結(jié)果證明了方法的可行性。關鍵詞:整流器;脈寬調(diào)制;解耦控制;PI調(diào)節(jié)器;SimulinkABSTRACT:Inthispaper,amethematicalmodelofthethree-phasevoltage-typePWMrectifierisstab

3、3041;blished.Onthebaseofthemode,lthesimulationisdonewithMatlab/simulink.Theresultsvertifiedthecor󰀁rectionofcontrollingsolution.KEYWORDS:Rectifier;PWM;Decouplingcontro;lPIcontroller;Simulink中圖分類號:TP214文獻標識碼:B󰀁󰀁所以有:UNO=(sa+sb+sc)udc(3)3采用空間坐標變換概念,進行坐標變換。以輸入0󰀁引󰀁言

4、由于高頻PWM整流器可以提供正弦化低諧波的輸入電流、可控功率因數(shù)及雙向能量流動,因此得到人們關注。本文依據(jù)PWM整流器控制關系,建立了三相電壓型PWM整流器在a、b、c坐標系的數(shù)學模型,并經(jīng)坐標變換得到了三相電壓型PWM整流器的d、q坐標系下的數(shù)學模型,并使用MATLAB中的SIMULINK進行了仿真研究,給出了仿真結(jié)果,仿真結(jié)果反映了PWM整流器的實際工作狀況,驗證了該模型的正確性。1󰀁PWM整流器數(shù)學模型建立如圖1所示為三相PWM整流器主電路拓撲結(jié)構,可得三相靜止坐標系a、b、c下的方程為:diausa=L+Ria+saudc+UNOdtdibusb=L+Rib+sbudc

5、+UNOdt(1)dicusc=L+Ric+scudc+UNOdtdudcc=saia+sbib+scic-iLdt其中sa、sb、sc分別表示三相橋臂的開關函數(shù),s=1代表上管通,下管關;s=0代表下管通,上管關。且對usa+usb+usc=0(2)三相對稱平衡且無中線系統(tǒng)有:ia+ib+ic=0收稿日期:2005-03-16電壓矢量的位置為d軸正方向,即取三相輸入電壓為:usa=Umcos󰀁tusb=Umcos(󰀁t-120󰀁)usc=Umcos(󰀁t-240󰀁)得d-q坐標系下的表示為:12(4)usd=Um

6、usq=0(5)則對(1)式進行park變換得PWM整流器在d-q坐標系下方程:didusd=Um=L+Rid-󰀁Liq+sdudcdtdiqusq=0=L+Riq+󰀁Lid+squdc(6)dtdudci=-c+sdid+sqiqLdt22scos󰀁t+sbcos(󰀁t-120󰀁)3a+sccos(󰀁t-240󰀁)sd=其中,sq=-sasin󰀁t-sbsin(󰀁t-120󰀁)3-scsin(󰀁t-240𘀀

7、1;)(7)2󰀁仿真模型及仿真結(jié)果圖2是三相坐標系下PWM整流器的simulink模型,它采用狀態(tài)空間的形式建模,其中:73R1󰀁󰀁LL󰀁󰀁A=,B=,R10󰀁-0󰀁1󰀁󰀁00󰀁C=0󰀁󰀁1,D=0󰀁-1󰀁-電容470󰀁F,負載電阻50󰀁。仿真結(jié)果如圖4、圖5所示,(電容電壓波形比例為1:2),圖4為穩(wěn)態(tài)時的整流波形,為穩(wěn)態(tài)波形。圖5是負載由

8、逆變轉(zhuǎn)入整流時的波形,為動態(tài)波形。(usa+usb+usc)(sa+sb+sc)-(sc-)udc33圖3是按傳遞函數(shù)形式建立的兩相同步d-q坐標系下的模型,sd、sq由(7)式得到。整流器控制系統(tǒng)采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的結(jié)構,并令q軸電流給定值為零,使功率因數(shù)為1。系統(tǒng)仿真參數(shù)為:輸入三相交流380V,輸入電感6mH,輸出(usb-=且輸入控制量u為:uaconu=ub(usa+usb+usc)(sa+sb+sc)(usa-)-(sa-)udc333󰀁結(jié)󰀁論本文將matlab/simulink應用于PWM整流器的建模和仿真,仿真結(jié)果反應了PWM整流器的動態(tài)和穩(wěn)

9、態(tài)(下轉(zhuǎn)第31頁)󰀁設備集成:InTouch提供了各種32位I/OServ󰀁er,這些開發(fā)公司包括Allen-Bradley、Siemens、Modi󰀁con、Opto22、SquareD等等。所有WonderwareServer都提供了微軟DDE通信功能,以及可以用來與任何Windows應用程序通信的Wonderware的SuiteLink協(xié)議。FactorySuite工具箱還允許用戶開發(fā)新的、私有的I/O或SuiteLink服務器;󰀁圖形用戶界面(GUI):InTouch允許用戶使用易于理解和配置的工具為他們的應用程序快速開發(fā)

10、定制的屏幕。系統(tǒng)提供了一個常用圖形對象庫,使用此圖形庫,用戶可以輕而易舉地創(chuàng)建生動的屏幕顯示;󰀁分布式報警子系統(tǒng):InTouch的新的分布式報警子系統(tǒng)極大地提高了信息的質(zhì)量,同時縮短了配置所需的時間。4.2󰀁監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件是基于InTouch開發(fā)環(huán)境的應用軟件,我們利用這種開發(fā)環(huán)境為用戶量身定做了一套與本次工程完全一樣的一個交互式、界面友好的監(jiān)控組態(tài)系統(tǒng)。系統(tǒng)組態(tài)軟件具有以下功能:󰀁系統(tǒng)結(jié)構組態(tài):InTouch系統(tǒng)提供了用戶極其方便的構成控制系統(tǒng)的方式,其開放的環(huán)境使用戶只需輕輕點擊鼠標即可完成全部的工作;󰀁測量

11、數(shù)據(jù)組態(tài):在InTouch靈活開放的構成環(huán)境,允許您在系統(tǒng)組態(tài)畫面中對任何一處測量數(shù)據(jù)自定義控制,方便用戶對系統(tǒng)參數(shù)全面了解;󰀁歷史數(shù)據(jù)組態(tài):在InTouch中提供了眾多的Ac󰀁tiveX控件,用戶可以通過這些控件調(diào)用SQL數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù),然后為標記值畫出趨勢圖,并動態(tài)的顯示在系統(tǒng)界面中;󰀁控制功能組態(tài):監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件提供了豐富的控制組態(tài)功能,方便的猶如搭積木一般,用戶只需按照系統(tǒng)的提示即可完成全部的工作;󰀁圖形文件組態(tài):在本組態(tài)軟件中提供了大量的圖形文件系統(tǒng),用戶可用這些圖形文件系統(tǒng)組態(tài)成任何一幅系統(tǒng)控制界面;󰀁

12、;顯示組態(tài):系統(tǒng)提供了一個常用圖形對象庫,使用此圖形庫,用戶可以輕而易舉地創(chuàng)建生動的屏幕顯示4.3󰀁監(jiān)控系統(tǒng)應用軟件在監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)軟件中,我們?yōu)橛脩袅可矶ㄗ隽艘惶讘密浖?這套應用軟件提供了一個交互式的圖形、菜單化控制系統(tǒng),整個系統(tǒng)具有以下功能:󰀁可視化、交互式的系統(tǒng)畫面;󰀁完善的系統(tǒng)幫助畫面;󰀁詳細的統(tǒng)計、查詢系統(tǒng);󰀁靈活可靠的系統(tǒng)控制組態(tài)功能;󰀁安全可靠的分布式報警子系統(tǒng)。5󰀁雙機熱備系統(tǒng)近年來隨著計算機技術的飛速發(fā)展,服務器的性能有了大幅度的提升,服務器作為處理關鍵性事物的業(yè)務

13、主機已經(jīng)成為可能。對于要求有高可靠性和高安全性的系統(tǒng)我們采用了兩臺研華工控機組成雙機熱備系統(tǒng)的方案。所謂雙機熱備就是一臺主機為工作機,另一臺主機為備份機。在系統(tǒng)正常情況下,工作機為信息系統(tǒng)提供支持,備份機監(jiān)視工作機的運行情況(工作機也同時監(jiān)視備份機是否正常,有時備份機因某種原因出現(xiàn)異常,工作機可盡早通知系統(tǒng)管理工作人員解決,確保下一次切換的可靠性)。當工作機出現(xiàn)異常,不能支持信息系統(tǒng)運營時,備份機主動接管工作機的工作,繼續(xù)支持信息的運營,從而保證信息系統(tǒng)能夠不間斷地運行。6󰀁結(jié)束語黃山景區(qū)供水自控系統(tǒng)考慮以后的擴展,軟硬件的配置采用開放式結(jié)構,并在系統(tǒng)資源方面增加適當?shù)娜哂?對今后整個供水系統(tǒng)進行全自動控制監(jiān)測實現(xiàn)可靠的無縫對接。供水工程監(jiān)控調(diào)度自動化系統(tǒng)可實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測、供水設備自動化控制、現(xiàn)場設備安全閉路監(jiān)視、水文水質(zhì)監(jiān)測及供水調(diào)度。(上接第74頁)工作狀況,仿真波形理想,證實了模型的正確性,為進一步實驗研究提供了依據(jù)。參考文獻1󰀁V.BlaskandV.Kaura.Anewmathematicalmodelandcontrolofathree-phas