以LMI為基礎的主動式電力濾波器之T-S模糊控制器設計

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吳東益(Dong-Yi Wu) 查詢紙本館藏

畢業系所

電機工程學系

論文名稱

以LMI為基礎的主動式電力濾波器之T-S模糊控制器設計
(T-S Fuzzy Controller Design Based on LMI for a shunt Active Power Filter System)

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摘要(中)

本論文主要針對諧波改善提出解決方法，過去並聯式主動濾波器常用的控制器為比例積分微分控制器，當控制器的參數面臨不同負載變化時，控制器的參數可能必須經過重新調整。因此本文提出T-S模糊控制方法，應用於單相並聯式主動電力濾波器，以改善功率因數與減少輸入電流諧波，另外所採用的並聯式主動電力濾波器，其目的是降低電流諧波使得輸入電流為正弦波並與市電電壓同相。T-S模糊模型控制器的設計是藉由平行分佈補償器的設計方法，其中穩定的控制器回授增益值與共同之正定矩陣，乃基於李亞普諾夫穩定定理為基礎，最後藉由線性矩陣不等式求解，以確保每個子系統均能滿足李亞普諾夫不等式。最後以模擬與實驗結果證明本論文所提出的控制方法之可行性，的確能夠改善功率因數與降低電流諧波。

摘要(英)

This thesis offers an effective solution which mainly improves the harmonic problem of active power filter. In the past, most shunt active power filters use proportional integral and differential (PID) controller. When using fixed-gain PID controllers, it is necessary to retune the parameters for different operation conditions. Therefore, we propose a T-S fuzzy controller for a single-phase shunt active power filter to improve line power factor and reduce line current harmonics. Furthermore, the capability of shunt active power filter is able to control the supply current to be a sinusoidal wave with low current harmonics and in phase with the line voltage. The T-S fuzzy modeling and the so-called parallel distributed compensation is employed to design fuzzy controllers from the T-S fuzzy models. For the designed fuzzy control systems based on Lyapunov stability theory, the problem of finding stable feedback gains and a common Lyapunov function are solved by linear matrix inquality. Finally, simulation and experimental results show that the system performance, such as power factor and total harmonic distortion, has been much improved.

關鍵字(中)

★ 主動式電力濾波器
★ 功率因數
★ T-S模糊控制器
★ 電流諧波

關鍵字(英)

★ power factor
★ current harmonics
★ T-S fuzzy controller
★ Active power filter

論文目次

中文摘要 I
英文摘要 II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VIII
表目錄 XI
第一章緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 電力品質簡介 2
1.2.1 功率因數之定義 3
1.2.2 諧波之定義 6
1.3 諧波管制標準 7
1.4 論文內容大綱 11
第二章電力品質改善原理 12
2.1 諧波改善的方法 12
2.2 論文之系統架構分析 16
2.2.1 全橋式交-直流轉換器原理分析 17
2.2.2 單極性切換模式分析 18
2.2.3 雙極性切換模式分析 20
第三章 T-S模糊控制分析與硬體電路設計 25
3.1 前言 25
3.2 系統線性化分析 26
3.3 T-S模糊控制器設計 29
3.3.1 T-S模糊模型 29
3.3.2 利用平行分佈補償器設計控制器規則 32
3.3.3 穩定度分析與控制器增益設計 33
3.3.4 系統參數設計 35
3.4 硬體架構 37
3.4.1 感測及運算控制模組 38
3.4.2 功率級模組 38
3.4.3 電源供應模組 39
3.5 感測及運算控制模組電路分析 40
3.5.1 數位訊號微控制器 40
3.5.2 驅動級電路 40
3.5.3 電壓偵測電路 41
3.5.4 電流感測電路 42
3.5.5 零點偵測電路 42
3.6 功率級模組電路分析 43
3.6.1 全橋式交-直流轉換器電容設計 43
3.6.2 全橋式交-直流轉換器電感設計 44
3.7 電源供應模組電路分析 44
3.7.1 電源保護 44
3.7.2 EMI濾波器 45
3.7.3 獨立驅動穩定電源電路 45
3.7.4 直流穩壓電路 46
第四章模擬與實驗結果 47
4.1 模擬與實驗架構 47
4.2 穩態之模擬與實驗 48
4.2.1 200W之模擬與實驗 49
4.2.2 400W之模擬與實驗 51
4.2.3 600W之模擬與實驗 53
4.2.4 諧波失真比較 55
4.2.5 功因與電流諧波補償前後之比較 57
4.3 暫態之模擬與實驗 58
4.3.1 主動式濾波器啟動之模擬與實驗 59
4.3.2 加卸載之模擬與實驗 60
4.3.3 加載之模擬與實驗 62
4.3.4 卸載之模擬與實驗 63
第五章結論與未來研究方向 65
5.1 結論 65
5.2 未來研究方向 66
參考文獻 67
附錄 A 70
作者簡介 72

參考文獻

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指導教授

徐國鎧(Kuo-Kai Shyu)

審核日期

2007-7-16

推文