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内容简介

　　邢娅浪、赵锦成编著的《逆变控制新技术(精)》针对现有的逆变电源由于非线性负载引起的输出波形畸变、输出波形质量不好等问题，本书以模糊控制技术为主线，将蚁群优化算法引入到模糊控制优化中，提出了蚁群优化模糊控制系统的系统结构和优化算法，对于逆变电源降低谐波畸变因数、提高输出波形质量具有重要的意义。

目　　录

第1章　绪论
　1.1　引言
　　1.1.1　逆变技术的概念
　　1.1.2　逆变技术的军事应用
　　1.1.3　逆变控制的军事需求
　1.2　逆变控制技术
　　1.2.1　逆变控制的基本概念
　　1.2.2　PWM调制与控制技术
　1.3　逆变控制技术发展概述
　　1.3.1　传统逆变控制技术
　　1.3.2　数字逆变控制技术
第2章　逆变电源输出特性分析
　2.1　逆变电源系统构成
　2.2　逆变电源数学模型

第1章　绪论 
　1.1　引言 
　　1.1.1　逆变技术的概念 
　　1.1.2　逆变技术的军事应用 
　　1.1.3　逆变控制的军事需求 
　1.2　逆变控制技术 
　　1.2.1　逆变控制的基本概念 
　　1.2.2　PWM调制与控制技术 
　1.3　逆变控制技术发展概述 
　　1.3.1　传统逆变控制技术 
　　1.3.2　数字逆变控制技术 
第2章　逆变电源输出特性分析 
　2.1　逆变电源系统构成 
　2.2　逆变电源数学模型 
　　2.2.1　PWM过程的数学模型 
　　2.2.2　逆变电路的数学模型 
　　2.2.3　输出滤波电路数学模型 
　　2.2.4　逆变电源系统数学模型 
　2.3　逆变电源系统仿真分析 
　　2.3.1　逆变电源系统数学模型参数确定 
　　2.3.2　逆变电源系统数学模型分析 
　2.4　逆变电源系统仿真模型 
　2.5　逆变电源谐波机理分析 
　　2.5.1　谐波畸变性能指标 
　　2.5.2　脉宽调制波形的傅里叶级数分析 
　　2.5.3　规则采样脉宽调制波形的谐波分析 
　2.6　调制度M优化策略 
　　2.6.1　调制度M与THD的关系 
　　2.6.2　调制度M与输出电压幅值的关系 
　　2.6.3　调制度M优化策略 
第3章　逆变电源负荷特性分析 
　3.1　装备电气负荷特性建模研究方法 
　3.2　整流性负荷特性及建模 
　　3.2.1　整流性负荷的代表性 
　　3.2.2　单相不控整流桥数学模型 
　　3.2.3　建模仿真分析 
　3.3　电机类负荷结构特性建模 
　　3.3.1　单相感应电动机数字模型 
　　3.3.2　建模仿真分析 
第4章　逆变电源与负荷结构关联分析 
　4.1　逆变电源数字PID控制 
　　4.1.1　PID控制基本原理 
　　4.1.2　数字PID控制在逆变电源中的应用 
　　4.1.3　逆变电源数字PID控制器分析 
　　4.1.4　线性负荷下逆变电源PID控制分析 
　4.2　整流性负载下的逆变电源PID控制分析 
　　4.2.1　动态性能 
　　4.2.2　输出波形的畸变机理 
　　4.2.3　系统稳定性分析 
　4.3　冲击性负荷条件下的逆变器特性分析 
　　4.3.1　逆变器一感应电动机系统模型 
　　4.3.2　仿真结果分析 
　4.4　智能控制的必要性 
第5章　智能控制在逆变电源控制中的应用 
　5.1　免疫遗传算法用于逆变电源控制优化 
　　5.1.1　状态空间矢量 
　　5.1.2　评价函数 
　　5.1.3　疫苗的接种与注入 
　　5.1.4　抗体选择函数 
　　5.1.5　仿真 
　　5.1.6　实验 
　5.2　遗传算法用于逆变电源最优控制 
　　5.2.1　多目标优化函数 
　　5.2.2　遗传算子和参数的选择 
　　5.2.3　仿真实验分析 
　　5.2.4　结束语 
　5.3　支持向量机用于逆变器控制策略 
　　5.3.1　概述 
　　5.3.2　最小二乘支持向量机 
　　5.3.3　前馈学习控制器的设计 
　　5.3.4　仿真实验 
　5.4　神经网络控制用于改进sPwM逆变器的优化 
　　5.4.1　最优开关角的变化规律 
　　5.4.2　神经网络拟合仿真分析 
第6章　逆变电源模糊控制系统设计 
　6.1　模糊控制理论 
　　6.1.1　模糊控制的特点 
　　6.1.2　模糊控制基本原理 
　　6.1.3　模糊控制器结构及功能 
　　6.1.4　模糊控制器设计要求 
　　6.1.5　模糊控制器设计方法 
　6.2　逆变电源模糊控制系统设计 
　　6.2.1　逆变电源系统数学模型 
　　6.2.2　逆变电源模糊控制器设计 
　　6.2.3　构建逆变电源模糊推理系统 
　　6.2.4　建立Simulink仿真编辑环境 
　　6.2.5　仿真结果及分析 
　6.3　模糊控制技术存在的问题及对策 
第7章　基于懒蚂蚁效应的改进蚁群算法研究 
　7.1　蚁群算法概述 
　7.2　蚁群优化理论 
　　7.2.1　蚁群算法基本原理 
　　7.2.2　基本蚁群算法描述 
　　7.2.3　几种改进蚁群算法 
　　7.2.4　蚁群算法的特点 
　7.3　基于懒蚂蚁效应的改进蚁群算法 
　　7.3.1　引言 
　　7.3.2　懒蚂蚁效应 
　　7.3.3　懒蚂蚁算法原理 
　　7.3.4　懒蚂蚁算法的流程 
　7.4　蚁群算法的收敛性证明 
　　7.4.1　问题描述 
　　7.4.2　懒蚂蚁算法收敛性证明 
　7.5　仿真及结果分析 
　　7.5.1　参数的设定 
　　7.5.2　仿真结果分析 
第8章　逆变电源模糊控制器优化策略研究 
　8.1　模糊控制器优化设计 
　8.2　模糊控制器参数优化设计 
　　8.2.1　模糊控制器参数优化与系统性能研究 
　　8.2.2　基于改进蚁群算法的模糊控制器参数优化设计 
　　8.2.3　仿真及结果分析 
　8.3　模糊控制器结构优化设计 
　　8.3.1　模糊控制器结构优化原则 
　　8.3.2　模糊规则相容性研究 
　　8.3.3　模糊控制器结构优化设计过程 
　　8.3.4　仿真结果及分析 
第9章　逆变电源模糊控制系统设计与实现 
　9.1　逆变电源系统硬件设计 
　　9.1.1　系统硬件拓扑结构 
　　9.1.2　系统硬件工作原理 
　9.2　逆变电源模糊控制系统设计 
　　9.2.1　逆变电源系统模型 
　　9.2.2　模糊控制系统模型 
　　9.2.3　逆变电源模糊控制系统仿真实验 
　9.3　逆变电源模糊控制系统实现 
　　9.3.1　系统硬件安现 
　　9.3.2　系统软件实现 
　9.4　逆变电源模糊控制实验结果分析 
　9.5　结束语 
参考文献

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在线试读部分章节

　　第1章绪论
　　1．1 引言
　　1．1．1 逆变技术的概念
　　能源是人类赖以生存和发展的基础，而电能是迄今为止人类文明史上利用最广泛、最方便、最清洁高效和最灵活的能源，据统计，当今世界的能源消耗主要是直接或间接以电能的形式体现的。虽然人类在电能的产生、传输、变换和分配使用方面已经取得了辉煌的成就，但是随着人类对能源过度使用、自然资源日益减少、环境污染日益严重的问题的出现，如何更加节约、高效、高质量和方便地使用电能，仍然是从事电能变换工作者面临的重要任务。
　　电力电子技术的高速发展为人类实现电能的高速变换和控制奠定了技术基础，以电力半导体器件作为功率开关来实现电能的形式及主要参数(如电压、电流、频率、相位、波形)的变换和以微电子芯片为工具的模拟控制技术和数字控制技术的完美结合，使电能在满足负载特性的需要，实现电能高效、高质量方面达到了很高的水平。
　　电能变换的实现从最初的旋转变流机组开始，经历了1956年第一只功率晶闸管的诞生，再到此后20年间各种晶闸管整流和逆变的静止型半导体变流装置的问世，使得电力开关变换器带来的谐波危害逐渐显露出来，在此背景下正弦波逆变器应运而生。随着人们对生活水平要求的不断增长和国民经济的迅速发展，生活用电和经济增长所需用电量都在不断增大，对于各种电源的质量和效率的要求也有所改变。为了能够高质量、高效率地使用电能，许多行业都不直接使用交流电网提供的交流电作为电源，而是根据用电要求采用电力电子技术对电能进行变换，从而得到各自所需的电能。这些电能形式的幅值、频率、稳定度及变化形式因用电设备的不同而不尽相同，如通信电源、加热电源、不间断电源、医用电源等，它们所使用的电能都是通过整流和逆变组合电路对原始电能进行变换后得到的。
　　通常，将交流电变换为直流电的过程称之为整流，完成整流功能的电路称为整流电路；与之相反，将将直流电变换为交流电的过程称之为逆变，完成逆变功能的电路称为逆变电路，而实现逆变过程的装置称为逆变电源或逆变器。
　　逆变技术就是研究逆变电路的理论和应用设计方法的一门科学，逆变技术是建立在工业电子技术、现代控制技术、电力电子技术、脉宽调制技术等学科基础之上的一门实用技术。从20世纪70年代中后期的晶体管、晶闸管登上历史舞台，到开关型逆变电路的出现，发展到现在，电能变换技术高频化已成为电力电子技术中的主要特点之一。传统意义上的整流技术和逆变技术已经经历交融和结合并合为一体，逆变技术已经渗透到DC／DC变换和DC／AC变换的技术领域。因此，逆变技术已经是四种电能变换技术中应用最广的核心技术。它包含了电能变换中面临的电压、电流、频率、相数、谐波和波形等所有参数的变换和控制，在越来越多的领域中将占据重要地位。

第1章  绪  论 
　　1．1  引  言 
　　1．1．1  逆变技术的概念 
　　能源是人类赖以生存和发展的基础，而电能是迄今为止人类文明史上利用最广泛、最方便、最清洁高效和最灵活的能源，据统计，当今世界的能源消耗主要是直接或间接以电能的形式体现的。虽然人类在电能的产生、传输、变换和分配使用方面已经取得了辉煌的成就，但是随着人类对能源过度使用、自然资源日益减少、环境污染日益严重的问题的出现，如何更加节约、高效、高质量和方便地使用电能，仍然是从事电能变换工作者面临的重要任务。 
　　电力电子技术的高速发展为人类实现电能的高速变换和控制奠定了技术基础，以电力半导体器件作为功率开关来实现电能的形式及主要参数(如电压、电流、频率、相位、波形)的变换和以微电子芯片为工具的模拟控制技术和数字控制技术的完美结合，使电能在满足负载特性的需要，实现电能高效、高质量方面达到了很高的水平。 
　　电能变换的实现从最初的旋转变流机组开始，经历了1956年第一只功率晶闸管的诞生，再到此后20年间各种晶闸管整流和逆变的静止型半导体变流装置的问世，使得电力开关变换器带来的谐波危害逐渐显露出来，在此背景下正弦波逆变器应运而生。随着人们对生活水平要求的不断增长和国民经济的迅速发展，生活用电和经济增长所需用电量都在不断增大，对于各种电源的质量和效率的要求也有所改变。为了能够高质量、高效率地使用电能，许多行业都不直接使用交流电网提供的交流电作为电源，而是根据用电要求采用电力电子技术对电能进行变换，从而得到各自所需的电能。这些电能形式的幅值、频率、稳定度及变化形式因用电设备的不同而不尽相同，如通信电源、加热电源、不间断电源、医用电源等，它们所使用的电能都是通过整流和逆变组合电路对原始电能进行变换后得到的。 
　　通常，将交流电变换为直流电的过程称之为整流，完成整流功能的电路称为整流电路；与之相反，将将直流电变换为交流电的过程称之为逆变，完成逆变功能的电路称为逆变电路，而实现逆变过程的装置称为逆变电源或逆变器。 
　　逆变技术就是研究逆变电路的理论和应用设计方法的一门科学，逆变技术是建立在工业电子技术、现代控制技术、电力电子技术、脉宽调制技术等学科基础之上的一门实用技术。从20世纪70年代中后期的晶体管、晶闸管登上历史舞台，到开关型逆变电路的出现，发展到现在，电能变换技术高频化已成为电力电子技术中的主要特点之一。传统意义上的整流技术和逆变技术已经经历交融和结合并合为一体，逆变技术已经渗透到DC／DC变换和DC／AC变换的技术领域。因此，逆变技术已经是四种电能变换技术中应用最广的核心技术。它包含了电能变换中面临的电压、电流、频率、相数、谐波和波形等所有参数的变换和控制，在越来越多的领域中将占据重要地位。 
　　1．1．2  逆变技术的军事应用 
　　如前所述，逆变电源是电力电子装置的一个重要组成部分，它的作用是把从电网得到的质量较差的交流电或者从直流蓄电池以及其他各种可再生能源输出的电能转换成能够满足负载要求的高质量的交流电，提供给敏感的电子设备。随着逆变技术的日益成熟，逆变电源正在被广泛应用到微波通信、野外活动、高速公路、海岛、军事、医疗、航空航天、新能源供电等各个领域。 
　　就军事应用而言，目前我军军用装备大多采用柴油、汽油发电机组进行供电，随着装备信息化建设的发展，军用装备供电系统的供电质量、可靠性、隐蔽性都直接影响着武器系统战斗性能的发挥。由于柴油发电机组的机械部件工作时会产生噪声和振动，这种供电模式存在着诸如高污染、振动噪声大、不易隐蔽等缺点，这势必对其生存空间造成很大的威胁。以某型雷达系统为例，目前该型雷达的供电系统大多采用柴油、汽油发电机组进行供电，这种供电模式存在着诸如电能质量差、油料保障压力大、高噪声、高污染、不易隐蔽等缺点，已经不能满足军用装备的用电需求，对雷达装备的用电安全构成很大的威胁。随着新能源供电方式的迅猛发展，站在着眼未来战争模式发展的角度，采用新能源发电技术，将电力系统以小规模、小容量、模块化、分散式的方式布置在装备附近，独立地输出电能来替代传统的发电机组供电模式，具有油料保障压力小、供电可靠性高、无污染、保障安全供电等优点，可以提高装备供电系统的安全性、可靠性和供电质量，对于补充和改进我军武器装备电源供应方式具有重要的理论和现实意义。 
　　在新能源发电技术中，将系统中各种能源(风、光、燃料电池等)产生的能量变换为武器装备所需的电能，即通过逆变技术使发电设备输出的电能在形式上与现有的用电设备的要求相匹配，在品质上满足用户的需求，如图1—1所示。因此，逆变电源作为能量转换装置，在供电系统中为设备提供动力方面发挥着越来越重要的作用。 
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