毕业设计成果（产品、作品、方案）设计题目: 智能逆变器的设计与制作二级学院航空电子电气工程学院专业航空电子信息技术班级航电1303班学号 201300023036姓名唐震指导老师宋烨二Ο一五年十二月二十日诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究所取得的成果。

尽我所知，除设计中特别加以标注的地方外，设计中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

毕业设计作者签名：指导教师签名：年月日年月日目录摘要 (3)1. 设计任务和设计思路 (4)1.1 设计意义 (4)1.2 设计要求 (4)1.3 设计思路 (4)1.4 方案选择 (4)2. 硬件原理及其电路设计 (6)2.1 CC-PWM变换器的基本原理 (6)2.2 CC-PWM逆变器的数学模型 (7)2.3 CC-PWM逆变器的主要控制方法 (9)2.3.1 滞环电流控制方法 (9)2.3.2 线性电流控制方法 (9)2.3.3预测电流控制方法 (10)2.4 改进型CC-PWM滞环电流控制器设计 (11)2.4.1 正弦环宽滞环电流控制方案 (11)2.5 模糊变环宽滞电流控制方案 (11)2.6 模糊自整定PI控制器设计 (12)2.6.1 控制方案 (12)2.6.2 控制器设计 (13)2.7 基于神经网络的模糊推理自整定PI控制器设计 (13)2.7.1 控制方案 (14)2.7.2 控制器设计 (14)3.电路的制作 (15)3.1 元器件的选择 (15)3.1.1 GTR电力晶体管 (15)3.1.2 MOSFET (15)3.1.3 通态电阻 (15)3.1.4 热阻 (16)3.1.5 输入电容 (16)3.1.6栅极驱动电压 (16)3.2 元器件的焊接 (16)3.2.1 焊接要点 (16)3.2.2 注意事项 (17)3.3 电路调试 (17)3.3.1 检测各个参数点 (17)3.4成品展示 (18)设计总结 (19)参考文献 (20)摘要智能逆变器电流控制电压型（CC-PWM逆变器）由于他具有优良的系统动态响应特性，在许多工业领域中得到了广泛的应用。

经过查找各种资料以及生活中运用到的各类逆变器，基本能够确立出逆变器的基本原理、特征以及其研究进展，采用开关函数概念建立了CC-PWM 逆变器的数字模型，总结了目前存在的各种电流控制技术，并讨论分析、比较了他们的利弊所在。

通过仿真软件研究分析得出结论，第一：正弦环宽电流控制器。

其二：模糊变环宽滞环电流控制器；这两种改进的滞环电流控制方均能改善系统的动态响应性能，减小电流的跟踪误差。

深入探索了CC-PWM逆变器的线性电流控制策略，并提出了模糊自整定PI控制和基于神经网络的模糊推理自整定PI控制两种改进智型智能PI控制算法，充分利用其智能性。

这些基于智能控制的自整定PI控制算法能使得CC-PWM线性电流控制器的动态性能得到改善，仿真也能确定其正确性。

最后，目前应用越来越广泛的三电平逆变器的控制策略进行了简单的分析和研究，提出了一种可行的简化选择基本电压矢量的空间电压矢量PWM调制方法。

关键词：智能逆变器电流控制电压型，滞环控制，模糊控制，模糊神经网络控制，PI控制，三电平逆变器1. 设计任务和设计思路1.1 设计意义在逆变器的控制技术中，CC-PWM电流控制方法一直以来都是电力电子学的重要研究课题。

在近二十多年的时间里，人们十分重视对CC-PWM电流控制方法的研究。

对CC-PWM逆变器的研究主要是对其结构中包含的电流控制环的控制策略的研究。

1.2 设计要求智能逆变器的作用是在原有逆变器的基础上更加智能化，在原有逆变器的基础之上更加快捷实现AC-DC或者DC-AC，在安全方面，比原有的普通逆变器更加安全、可靠、操作简捷等优点。

1.3 设计思路设计任务--设计方案论证--单元电路设计--电路制作--电路调试--作品展示1.4 方案选择在CC-PWM电流控制方案中，滞环电流控制是应用的最经常、最广泛的一种控制方法。

这是一种非线性、闭环电流控制方法。

常用的一种电流闭环控制方法是滞环电流跟踪PWM（Current Hysteresis Band PWM ---- CHBPWM）控制，具有滞环电流跟踪PWM控制的PWM变压变频器A 相控制原理如图1.2所示。

图1.2 PWM变压变频器控制原理图图中，电流控制器是带滞环的比较器，环宽为2h。

将给定电流.Ia与输出电流Ia进行比较，电流偏差△Ia超过±h，经滞环控制器HBC控制你变器A相上桥臂的功率器件动作。

B、C二相的原理图均与此相同。

2. 硬件原理及其电路设计2.1 CC-PWM变换器的基本原理电流控制电压型PWM变换器的基本结构图如图1.3所示，它包括AD/DC 和DC/AC两种类型。

图1.3 PWM变换器基本结构图在上图中，Ia*，Ib*，Ic*表示三相电流参考信号，Ia，Ib，Ic表示通过三相负载的实际电流信号，Ea，Eb，Ec表示三相电流误差值，Sa，Sb，Sc表示逆变器的三相开关信号，Udc为逆变器直流端的电压。

由上图可知，CC-PWM变换器是由直流端，交流端、电压型功率变换器以及PWM电流控制器一起共同组成的。

PWM电流控制器的主要任务是控制交流端负载中流过的时间电流始终跟踪给定的参考电流信号指令，即PWM控制器将给定的电流信号的参考值与负载端的实际电流瞬时值进行比较，按照PWM电流控制器采用的控制算法进行计算，产生变换器功率器的开关控制信号,即Sa，Sb，Sc。

通过开关的动作使得没相的店里路的误差减小。

因此，PWM电流控制器的主要需要完成误差补偿和调制两项基本的任务。

通常来说，PWM变换器中的电压型功率变换器通常采用如下图所示桥式变换器结构，这是一种以开关方式工作的功率放大器。

如图，三相负载以R-L组合简化替代，Ea，Eb，Ec为三相反电势。

对下图来说，桥式变换器进行控制时，需要注意如下几点：图1.4 桥式变换器基本结构图调制过程电流脉动相间干扰电压矢量序列与电流脉动直流环节电压限制2.2 CC-PWM逆变器的数学模型典型的三相电压型PWM逆变器的图谱结构图如下图1.5所示。

在下图中Va，Vb，Vc是逆变器的交流端的三相输出相电压，S1-S6是六个产生输出开关信号的晶体管开关，例如：Sa代表S1和S4的组合。

逆变器每相中的两个开关不能同时导通和同时关断。

可做出如下定义：0 （S1关断）（i=1，2，3，4，5）（1-1）Si=1 （S1导通）由于在任意时刻，构成每相的两开关的状态不同，因而在式（1-1）中它们的取值也不相同。

故有下式成立：S1+S4=1Ude = S2+S5=1 (1-2)S3+S6=1定义开关函数（Sa，Sb，Sc）：0（ S1关断、S4导通）Sa= （1-3）1（ S1导通、S4关断）0（ S3关断、S6导通）Sb= (1-4)1（ S3导通、S6关断）0（ S5关断、S2导通）Sc= （1-5）1（ S5导通、S2关断）图1.5因此，逆变器的开关信号（Sa，Sb，Sc）可以产生8种状态。

表（2-1）列举了在开关组合状态下的逆变器的输出电压情况。

（2-1）2.3 CC-PWM逆变器的主要控制方法如今，存在这多种针对对于CC-PWM逆变器的电流控制方法，通常人们将它们分为线性电流控制和非线性电流控制两大类。

线性电流控制器通常采用常规的电压型变换器方式运行。

与非线性电流控制相比，线性电流控制器能清晰地分离成电流误差补偿和电压调制两大部分。

这样，我们就能方便、快捷有效的理由开环调制的优点。

一下是几种常见的CC-PWM电流控制方法。

2.3.1 滞环电流控制方法下图为CC-PWM逆变器的滞环电流控制器的基本结构图，该滞环比较器的环宽为2h。

由于这种控制器的结构简单、算法简单、实现简单，同时它也是最常见、应用的最广泛的一种CC-PWM电流控制方法。

图2.12.3.2 线性电流控制方法CC-PWM线性电流控制器可以分离成误差补偿和PWM调制两大部分。

在线性电流控制器中，谐波比较器是最基本、最常见的一种控制结构。

下图为它的基本结构图。

图2.2 线性电流控制器基本结构图这种控制器采用的是线性、闭环控制方法。

控制器中有3个独立的补偿电流误差的PI调节器，电流误差(Ea，Eb，Ec)通过PI控制器产生电压控制信号。

2.3.3预测电流控制方法预测电流控制是在斜坡比较控制的基础上，应用预测控制理论来根据电流无车和交流端的负载参数信息来预测输出PWM调制器的电压指令信号。

预测电流控制是一种线性、闭环控制策略。

图2.3 预测电流控制基本结构图上图为常见的CC-PWM预测电流控制器的结构图。

采用的是一种恒定开关频率算法。

在每个时刻采样，所以，在这种算法中，负载端的参数信息很重要，不可以忽略。

2.4 改进型CC-PWM滞环电流控制器设计2.4.1 正弦环宽滞环电流控制方案通常人们所说的滞环控制器是滞环宽大小不变的滞环控制器结构。

电流误差的上限和下线由下式由Ia来描述的，而且上、下限的定义在整个时间段里都是不变的。

而在正弦环宽控制器中，环宽是随时间变化且与参考电流的相位有关，因而，正弦环宽的上限和下限的计算方法会因参考电流幅值的正、负不同而需要采用不同计算公式。

假设给定的参考输入电流按照正弦规律变化（此步骤需要运用到示波器），即： Ivef=Im*sin(w0*t) （2-1）其中Im为电流的幅值，w0为角频率。

则有：滞环环宽的变化规律为：h=Hm*sin（w0*t）（2-2）其中Hm为滞环环宽变化的幅值。

构成滞环环宽变化范围的两正弦曲线可以表述为：I1=Iref+h=（Im+Hm）*sin（w0*t）（2-3）I2=Iref+h=（Im-Hm）*sin（w0*t）根据参考电流的正、负极性的不同，电流的上限和下限分别为：当Ivef≥0时，Iu=I1，I1=I2 （2-4）当Ivef <0时, In=I2，I1=I1 （2-5）测出波形如下（改图为仿真效果图）：图2.4 滞环宽带仿真效果图2.5 模糊变环宽滞电流控制方案3.1节所提出的正弦环宽滞环电流控制器实际上是变环宽滞环控制器结构的一种简单实现形式。

在实际生活中，这中方法是有误差的。

因此，3.2节提出了一种模糊变环宽滞环电流控制器结构，在该结构中，根据电流误差的大小和它变化的方向在适当的时候减小滞环环宽，以避免误差电流超出滞环环宽的情况发生，从而改善它系统的动态性能指标。

具体设计思路如下：图2.5该控制器是一个两输入一单输出的模糊控制器，输入的是电流误差和电流误差的变化，输出是滞环环宽的变化滞△h。

2.6 模糊自整定PI控制器设计2.6.1 控制方案此时假设PI参数Kp、Kt的校正算法采用模糊校正控制算法，则该控制器就成模糊逻辑自整定PI电流控制器了。