車載大功率電力電子變壓器結構復雜，部件數(shù)量龐大，故障頻發(fā)且后果嚴重，對其故障診斷和容錯能力提出了極高的要求。一方面，列車實際運行往往要求在故障條件下保持對強干擾的魯棒性，并發(fā)揮冗余容量，保證一定的牽引力和性能。另一方面，魯棒與優(yōu)化控制、故障診斷等領域的先進理論與方法，由于涉及較多的數(shù)學基礎和物理概念，難以被一線工程技術人員廣泛理解和接受，因此其在實際工程中的應用受到一定限制。本書力圖架設起理論和實際間的橋梁，使控制這一“使能技術”更好地服務于工程應用，推動學術研究與工程技術進步的相互促進和協(xié)調發(fā)展。
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2006.02 德國波鴻魯爾大學 電氣工程 工學博士。
1996.06 西南交通大學 電力傳動及其自動化專業(yè) 工學碩士。
1993.06 重慶大學 自動控制專業(yè) 工學學士。自2009.09 起
西南交通大學電氣工程學院 教授
2007.11～2009.08
德國維爾茨堡遠程信息技術研發(fā)中心
副主任、監(jiān)事會成員
2006.09～2009.08
德國維爾茨堡大學機器人與遠程信息學研究所
助理教授（Assistant Professor)
其中2007.10-2008.03, 2009.03-2009.08分別代理”航天系統(tǒng)設計與控制”和”遠程信息學”副教授教席
2003.04～2006.08
德國維爾茨堡大學 機器人與遠程信息學研究所
研究助理
2000.10～2003.03
德國波鴻魯爾大學 自動化與計算機控制研究所
研究助理
1996.06～2000.05
西南交通大學電氣工程學院 助教、講師電氣控制及自動化國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃 會評專家
1.四川省學術技術帶頭人，2013年
2.教育部自然科學二等獎，2019年，排名第五
3.四川省教學成果二等獎，2017年，排名第三
國際合作與交流處處長、港澳臺事務辦公室主任、國際教育學院院長、天佑鐵道學院常務副院長
目錄
第1章 緒論 1
1.1 高速鐵路系統(tǒng)概述 1
1.2 單相脈沖整流器的控制 3
1.2.1 基于直接電流控制的內環(huán)控制器設計 3
1.2.2 基于功率控制的內環(huán)控制器設計 6
1.2.3 正交信號發(fā)生器 6
1.2.4 脈沖寬度調制 7
1.3 單相級聯(lián)H橋整流器概述 8
1.3.1 電力電子變壓器概述 8
1.3.2 電容電壓平衡問題 9
1.3.3 直流側電容電壓平衡控制 10
1.4 車-網(wǎng)耦合系統(tǒng)低頻振蕩問題概述 11
1.4.1 車-網(wǎng)系統(tǒng)低頻振蕩分析 11
1.4.2 車-網(wǎng)系統(tǒng)低頻振蕩的抑制 14
1.5 故障診斷與故障容錯概述 15
1.5.1 脈沖整流器故障診斷研究現(xiàn)狀 15
1.5.2 脈沖整流器故障容錯研究現(xiàn)狀 16
1.6 魯棒控制概述 17
1.6.1 魯棒控制的發(fā)展 18
1.6.2 v-間隙度量 18
1.6.3 廣義內�？刂� 18
參考文獻 19
第2章 單相脈沖整流器的電流內環(huán)控制 24
2.1 單相脈沖整流器的工作原理 24
2.1.1 基本數(shù)學模型 24
2.1.2 數(shù)字控制方法 26
2.1.3 dq電流解耦控制模型 31
2.2 單相脈沖整流器的傳統(tǒng)雙閉環(huán)控制算法 34
2.2.1 基于PI的瞬態(tài)電流控制 34
2.2.2 比例諧振電流控制 35
2.2.3 無差拍瞬態(tài)電流控制 36
2.2.4 dq電流解耦控制 37
2.2.5 傳統(tǒng)功率前饋解耦控制 38
2.2.6 模型預測控制 39
2.3 基于靜態(tài)坐標系的模型預測瞬態(tài)電流控制 41
2.3.1 模型預測瞬態(tài)電流控制 41
2.3.2 網(wǎng)側電感參數(shù)失配分析及補償 45
2.3.3 算法結構及實現(xiàn) 49
2.4 基于參考輸入的虛軸電流估計方法 54
2.4.1 dq坐標系下電流環(huán)不完全解耦模型 55
2.4.2 虛軸電流估計方法的性能分析 59
2.4.3 基于參考輸入的虛軸電流估計方法 63
2.4.4 實驗驗證 66
參考文獻 69
第3章 單相脈沖整流器的魯棒控制 70
3.1 魯棒控制基本原理簡述 70
3.1.1 反饋系統(tǒng)頻域分析 70
3.1.2 H∞控制標準問題 71
3.2 H∞混合靈敏度電流控制 73
3.2.1 控制問題分析 73
3.2.2 加權函數(shù)選擇 75
3.2.3 H∞控制器求取 78
3.3 H∞回路成型魯棒控制 81
3.3.1 控制問題分析 81
3.3.2 控制器求解 83
3.3.3 頻域分析及驗證 85
3.3.4 實驗驗證 86
3.4 *綜合直接電流控制 90
3.4.1 結構奇異值定義 90
3.4.2 系統(tǒng)參數(shù)不確定模型 91
3.4.3 *綜合控制問題分析與控制器實現(xiàn) 92
3.4.4 實驗驗證 96
3.5 單相脈沖整流器H∞改進型功率控制 99
3.5.1 傳統(tǒng)功率前饋解耦控制數(shù)學模型 99
3.5.2 改進型功率控制數(shù)學模型 100
3.5.3 H∞控制問題分析與控制器實現(xiàn) 103
3.5.4 實驗驗證 107
3.6 基于廣義內模控制的模型預測直接電流控制 111
3.6.1 廣義內�？刂平Y構 111
3.6.2 基于GIMC的模型預測直接電流控制 113
3.6.3 實驗驗證 119
參考文獻 120
第4章 單相脈沖整流器的故障診斷與故障容錯 122
4.1 單相脈沖整流器故障建模與分析 122
4.1.1 IGBT模塊開路故障影響分析 122
4.1.2 反并聯(lián)二極管開路故障影響分析 123
4.1.3 串聯(lián)諧振電路故障建模與分析 123
4.1.4 單相PWM整流器故障特征總結 124
4.2 基于VMD和CRNN的單相脈沖整流器故障診斷方法 125
4.2.1 VMD分解原理 125
4.2.2 模擬信號分解結果分析 126
4.2.3 故障分類網(wǎng)絡CRNN的建立 129
4.2.4 實驗結果 131
4.3 基于傳感器故障估計的單相脈沖整流器容錯控制 136
4.3.1 基于網(wǎng)側電流和直流鏈電壓傳感器故障估計的整流器容錯控制 136
4.3.2 基于網(wǎng)側電壓傳感器故障估計的整流器容錯控制 150
參考文獻 159
第5章 車-網(wǎng)系統(tǒng)低頻振蕩分析及抑制 161
5.1 面向電壓外環(huán)控制器設計的車-網(wǎng)系統(tǒng)建模 161
5.1.1 牽引供電系統(tǒng)建模 161
5.1.2 車-網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)及最大車輛數(shù)限制 165
5.1.3 小信號建模及控制器解耦 168
5.1.4 車-網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 173
5.2 SISO輕阻尼系統(tǒng)H∞回路成型的權函數(shù)迭代設計 180
5.2.1 v-間隙度量簡介 180
5.2.2 SISO輕阻尼系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性 181
5.2.3 加權 -間隙度量分析 182
5.2.4 加權下的不確定性界 183
5.2.5 振蕩頻帶內權函數(shù)的界 186
5.2.6 H∞回路成型權函數(shù)的優(yōu)化 187
5.3 基于H∞回路成型的車-網(wǎng)系統(tǒng)低頻振蕩抑制 190
5.3.1 電壓控制器的解析設計思路 190
5.3.2 多工況下車-網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 191
5.3.3 受控對象降階 193
5.3.4 受控對象頻域響應及不確定性分析 194
5.3.5 基于H∞回路成型的電壓控制器設計 195
5.3.6 系統(tǒng)魯棒穩(wěn)定性分析與控制器降階 198
5.3.7 實驗驗證 200
參考文獻 202
第6章 級聯(lián)H橋整流器直流側電容電壓平衡控制 203
6.1 級聯(lián)H橋整流器工作原理及數(shù)學模型 203
6.2 基于PI的改進型電壓平衡控制+內模功率控制策略 205
6.2.1 改進型內模直接功率控制 205
6.2.2 基于PI的改進型電壓平衡控制 207
6.2.3 穩(wěn)定性分析 209
6.2.4 實驗驗證 211
6.3 基于H∞控制的電壓平衡控制 215
6.3.1 H∞電壓平衡問題分析 215
6.3.2 與現(xiàn)有電壓平衡控制方法的對比 219
6.3.3 實驗驗證 221
6.4 考慮網(wǎng)壓諧波的改進型控制策略 225
6.4.1 單相系統(tǒng)功率計算方法 225
6.4.2 基于內�？刂频碾妷浩胶饪刂品椒� 226
6.4.3 實驗驗證 228
參考文獻 231
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