单相逆变器中非线性动力学行为及混沌控制的研究

论文摘要

单相逆变器能将直流电转换为交流电,在能源发电、交通运输和家用电器等领域中有着重要的应用,由于使用了具有快速切换功能的开关器件,因而属于典型的非线性系统,存在次谐波振荡、分岔与混沌等非线性现象,严重影响系统的稳定性能。本文以单相逆变器为研究对象,对其产生的非线性动力学行为进行了深入研究,以提高逆变器系统的工作稳定性、转换效率和响应速度等性能。本文的主要研究内容包括:（1）以正弦脉宽调制（Sinusoidal Pulse Width Modulation,SPWM）H桥逆变器为例,运用频闪映射理论建立了系统的离散模型;利用分岔图、Lyapunov指数谱、功率谱图、折叠图、时域图、频闪图和Jacobian矩阵法,研究了比例系数k和开关频率Sf对系统稳定性能的影响;通过数值计算绘制出系统稳定运行参数域,为SPWM-H桥逆变器的参数优化提供参考依据。（2）依据PI调节下H桥逆变器的工作过程,建立了该逆变器的离散模型;运用分岔图分析了系统工作状态随系统参数变化的演变过程;通过折叠图验证了系统稳定运行参数域,为PI调节下H桥逆变器的正确建模和稳定设计提供借鉴。（3）分析了谷值电流控制的H桥逆变器的工作原理;建立了系统的离散模型;运用分岔图、Lyapunov指数谱、频闪图、折叠图和Jacobian矩阵法,研究了随着输入电压E变化该系统中出现的非线性现象,为谷值电流控制的H桥逆变器的可靠设计提供理论依据。（4）针对滑模控制的H桥逆变器中的非线性动力学行为进行了研究。运用频闪映射法建立了系统在幂次趋近律下的离散模型;采用折叠图、频谱图和分岔图,研究了系统在不同控制参数a和k下的非线性行为,发现了一种特殊的分岔现象同时存在多种倍数的倍周期状态;基于快变稳定性定理分析了系统的稳定性,得到了控制参数k的稳定域与参数a之间的关系,为滑模控制的H桥逆变器的参数设计提供指导。（5）分别将时延反馈法、扩展时延反馈法和Washout滤波器法三种混沌控制方式,运用到SPWM-H桥逆变器的非线性动力学行为控制中,建立了对应的离散模型;通过Jacobian矩阵稳定性判定依据,分析了各控制参数的取值域;并对上述三种方式的有效性进行了验证,为逆变器系统的非线性控制提供解决方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 课题研究背景及意义
•   1.2 课题研究现状
•     1.2.1 电力电子变换器中非线性行为研究现状
•     1.2.2 电力电子变换器中非线性行为控制研究现状
•   1.3 主要研究内容及结构安排
•   1.4 本章小结
• 2 分岔与混沌理论基础概述
•   2.1 分岔理论基础
•     2.1.1 分岔理论研究起源
•     2.1.2 分岔的定义
•     2.1.3 分岔的分类
•   2.2 混沌理论基础
•     2.2.1 混沌理论发展史
•     2.2.2 混沌的定义
•     2.2.3 混沌的特征
•     2.2.4 走向混沌的途径
•   2.3 分岔与混沌的研究方法
•     2.3.1 稳定性分析方法
•     2.3.2 数值仿真方法
•   2.4 本章小结
• 3 SPWM-H桥逆变器的非线性动力学行为研究
•   3.1 工作原理及离散模型的建立
•   3.2 分岔与混沌现象的研究
•     3.2.1 随比例参数变化的非线性分析
•     3.2.2 随开关频率变化的非线性分析
•     3.2.3 外部参数变化对系统稳定性能的影响
•   3.3 基于离散模型的稳定性分析
•   3.4 稳定运行参数域的分析
•   3.5 本章小结
• 4 PI调节下H桥逆变器的非线性动力学行为研究
•   4.1 工作原理及离散模型的建立
•   4.2 数值仿真结果分析
•     4.2.1 分岔图分析
•     4.2.2 折叠图分析
•   4.3 其他参数变化对系统稳定性能的影响
•   4.4 本章小结
• 5 谷值电流控制的H桥逆变器的非线性动力学行为研究
•   5.1 工作原理及离散模型的建立
•   5.2 数值仿真结果分析
•     5.2.1 分岔图分析
•     5.2.2 Lyapunov指数谱分析
•     5.2.3 频闪图分析
•     5.2.4 折叠图分析
•   5.3 不同输入电压对系统稳定性能的影响
•   5.4 基于离散模型的稳定性分析
•   5.5 本章小结
• 6 滑模控制的H桥逆变器的非线性动力学行为研究
•   6.1 工作原理及离散模型的建立
•   6.2 非线性动力学行为的研究
•     6.2.1 随控制参数α变化的非线性分析
•     6.2.2 随控制参数k变化的非线性分析
•   6.3 基于快变稳定性定理的稳定性分析
•   6.4 外部参数变化对系统稳定性能的影响
•   6.5 本章小结
• 7 逆变器的混沌控制研究
•   7.1 时延反馈法混沌控制
•     7.1.1 时延反馈法的具体实现
•     7.1.2 时延反馈混沌控制数值仿真分析
•   7.2 扩展时延反馈法混沌控制
•     7.2.1 扩展时延反馈法的具体实现
•     7.2.2 扩展时延反馈混沌控制数值仿真分析
•   7.3 Washout滤波器法混沌控制
•     7.3.1 Washout滤波器法的具体实现
•     7.3.2 Washout滤波器混沌控制数值仿真分析
•   7.4 本章小结
• 8 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 吴荣华

导师: 江伟

关键词: 单相逆变器,非线性,离散迭代映射,混沌控制

来源: 东华理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,电力工业,自动化技术

单位: 东华理工大学

分类号: O415.5;TP273;TM464

总页数: 106

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