车载大功率电力电子变压器鲁棒容错控制

　　车载大功率电力电子变压器结构复杂，部件数量庞大，故障频发且后果严重，对其故障诊断和容错能力提出了极高的要求。一方面，列车实际运行往往要求在故障条件下保持对强干扰的鲁棒性，并发挥冗余容量，保证一定的牵引力和性能。另一方面，鲁棒与优化控制、故障诊断等领域的先进理论与方法，由于涉及较多的数学基础和物理概念，难以被一线工程技术人员广泛理解和接受，因此其在实际工程中的应用受到一定限制。《车载大功率电力电子变压器鲁棒容错控制》力图架设起理论和实际间的桥梁，使控制这一“使能技术”更好地服务于工程应用，推动学术研究与工程技术进步的相互促进和协调发展。

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目录
第1章 绪论 1
1.1 高速铁路系统概述 1
1.2 单相脉冲整流器的控制 3
1.2.1 基于直接电流控制的内环控制器设计 3
1.2.2 基于功率控制的内环控制器设计 6
1.2.3 正交信号发生器 6
1.2.4 脉冲宽度调制 7
1.3 单相级联H桥整流器概述 8
1.3.1 电力电子变压器概述 8
1.3.2 电容电压平衡问题 9
1.3.3 直流侧电容电压平衡控制 10
1.4 车-网耦合系统低频振荡问题概述 11
1.4.1 车-网系统低频振荡分析 11
1.4.2 车-网系统低频振荡的抑制 14
1.5 故障诊断与故障容错概述 15
1.5.1 脉冲整流器故障诊断研究现状 15
1.5.2 脉冲整流器故障容错研究现状 16
1.6 鲁棒控制概述 17
1.6.1 鲁棒控制的发展 18
1.6.2 v-间隙度量 18
1.6.3 广义内模控制 18
参考文献 19
第2章 单相脉冲整流器的电流内环控制 24
2.1 单相脉冲整流器的工作原理 24
2.1.1 基本数学模型 24
2.1.2 数字控制方法 26
2.1.3 dq电流解耦控制模型 31
2.2 单相脉冲整流器的传统双闭环控制算法 34
2.2.1 基于PI的瞬态电流控制 34
2.2.2 比例谐振电流控制 35
2.2.3 无差拍瞬态电流控制 36
2.2.4 dq电流解耦控制 37
2.2.5 传统功率前馈解耦控制 38
2.2.6 模型预测控制 39
2.3 基于静态坐标系的模型预测瞬态电流控制 41
2.3.1 模型预测瞬态电流控制 41
2.3.2 网侧电感参数失配分析及补偿 45
2.3.3 算法结构及实现 49
2.4 基于参考输入的虚轴电流估计方法 54
2.4.1 dq坐标系下电流环不完全解耦模型 55
2.4.2 虚轴电流估计方法的性能分析 59
2.4.3 基于参考输入的虚轴电流估计方法 63
2.4.4 实验验证 66
参考文献 69
第3章 单相脉冲整流器的鲁棒控制 70
3.1 鲁棒控制基本原理简述 70
3.1.1 反馈系统频域分析 70
3.1.2 H∞控制标准问题 71
3.2 H∞混合灵敏度电流控制 73
3.2.1 控制问题分析 73
3.2.2 加权函数选择 75
3.2.3 H∞控制器求取 78
3.3 H∞回路成型鲁棒控制 81
3.3.1 控制问题分析 81
3.3.2 控制器求解 83
3.3.3 频域分析及验证 85
3.3.4 实验验证 86
3.4 *综合直接电流控制 90
3.4.1 结构奇异值定义 90
3.4.2 系统参数不确定模型 91
3.4.3 *综合控制问题分析与控制器实现 92
3.4.4 实验验证 96
3.5 单相脉冲整流器H∞改进型功率控制 99
3.5.1 传统功率前馈解耦控制数学模型 99
3.5.2 改进型功率控制数学模型 100
3.5.3 H∞控制问题分析与控制器实现 103
3.5.4 实验验证 107
3.6 基于广义内模控制的模型预测直接电流控制 111
3.6.1 广义内模控制结构 111
3.6.2 基于GIMC的模型预测直接电流控制 113
3.6.3 实验验证 119
参考文献 120
第4章 单相脉冲整流器的故障诊断与故障容错 122
4.1 单相脉冲整流器故障建模与分析 122
4.1.1 IGBT模块开路故障影响分析 122
4.1.2 反并联二极管开路故障影响分析 123
4.1.3 串联谐振电路故障建模与分析 123
4.1.4 单相PWM整流器故障特征总结 124
4.2 基于VMD和CRNN的单相脉冲整流器故障诊断方法 125
4.2.1 VMD分解原理 125
4.2.2 模拟信号分解结果分析 126
4.2.3 故障分类网络CRNN的建立 129
4.2.4 实验结果 131
4.3 基于传感器故障估计的单相脉冲整流器容错控制 136
4.3.1 基于网侧电流和直流链电压传感器故障估计的整流器容错控制 136
4.3.2 基于网侧电压传感器故障估计的整流器容错控制 150
参考文献 159
第5章 车-网系统低频振荡分析及抑制 161
5.1 面向电压外环控制器设计的车-网系统建模 161
5.1.1 牵引供电系统建模 161
5.1.2 车-网系统稳态及*大车辆数限制 165
5.1.3 小信号建模及控制器解耦 168
5.1.4 车-网系统的稳定性分析 173
5.2 SISO轻阻尼系统H∞回路成型的权函数迭代设计 180
5.2.1 v-间隙度量简介 180
5.2.2 SISO轻阻尼系统的鲁棒稳定性 181
5.2.3 加权 -间隙度量分析 182
5.2.4 加权下的不确定性界 183
5.2.5 振荡频带内权函数的界 186
5.2.6 H∞回路成型权函数的优化 187
5.3 基于H∞回路成型的车-网系统低频振荡抑制 190
5.3.1 电压控制器的解析设计思路 190
5.3.2 多工况下车-网系统稳定性分析 191
5.3.3 受控对象降阶 193
5.3.4 受控对象频域响应及不确定性分析 194
5.3.5 基于H∞回路成型的电压控制器设计 195
5.3.6 系统鲁棒稳定性分析与控制器降阶 198
5.3.7 实验验证 200
参考文献 202
第6章 级联H桥整流器直流侧电容电压平衡控制 203
6.1 级联H桥整流器工作原理及数学模型 203
6.2 基于PI的改进型电压平衡控制+内模功率控制策略 205
6.2.1 改进型内模直接功率控制 205
6.2.2 基于PI的改进型电压平衡控制 207
6.2.3 稳定性分析 209
6.2.4 实验验证 211
6.3 基于H∞控制的电压平衡控制 215
6.3.1 H∞电压平衡问题分析 215
6.3.2 与现有电压平衡控制方法的对比 219
6.3.3 实验验证 221
6.4 考虑网压谐波的改进型控制策略 225
6.4.1 单相系统功率计算方法 225
6.4.2 基于内模控制的电压平衡控制方法 226
6.4.3 实验验证 228
参考文献 231