引入混沌信号的随机调制技术研究

论文摘要

随着越来越多的大功率高频电力电子设备被广泛应用到各个领域,电磁干扰(EMI)问题变得越发严重。随机PWM调制技术为解决该问题提供了新的思路,基于均匀分布序列、蔡氏混沌序列等不同方法的随机调制表现出不同的抑制EMI效果,但关于调制效果差异性的研究和分析不多。本文利用Logistic映射,改变参数得到不同的Logistic混沌序列,与蔡氏混沌序列、均匀分布序列调制效果对比研究表明,随机序列的分布律和方差是影响随机调制效果的关键因素。Logistic混沌序列的方差最大且数值分布均匀,具有最优的抑制EMI性能。进而研究了混沌调制在更宽频率范围的应用,在不同的开关频率下,混沌调制都展现出较好的抑制EMI效果,且频率越大,效果越好。最后相关实验结果验证了本文研究的正确性。随机开关函数的功率密度谱分析,从理论上说明了随机调制具有抑制电路中电磁干扰的能力,并且该能力与随机序列本身的特征有关。为研究随机序列对随机抑制EMI性能的影响,本文利用Logistic混沌序列、蔡氏混沌序列、均匀分布序列等多种具有不同分布律与数值特征的随机序列进行调制,分析不同序列的随机调制功率谱。研究表明,具有更大方差的随机序列一般具有更好的抑制EMI性能,当方差相同时,随机数值分布更集中的效果更好。在电磁干扰更明显的高频电力电子系统中随机调制技术已经得到较多的应用研究,但随机调制技术在相对较低开关频率下的适应性和有效性有待进一步探索。本文结合随机开关函数的FFT分析,阐述了混沌调制在相对低频率下造成信号畸变的原因并给出解决方案,研究了不同开关频率下随机调制的特性。结果表明,Logistic混沌调制在低开关频率下依然具有良好的抑制EMI性能,并且随着开关频率的增大,其性能逐渐增强。最后,利用TMS320F2808产生多个不同混沌随机PWM信号应用到单相逆变器中,分析输出信号功率谱,实验结果与理论和仿真结果一致,证实了本文结论的正确性。

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摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 随机PWM调制技术的研究现状

1.2.1 随机调制方法与应用

1.2.2 混沌随机调制

1.3 本文的研究内容

第2章随机调制基本原理与随机开关函数

2.1 随机调制的基本原理

2.2 随机开关函数的傅里叶变换

2.3 随机开关函数的功率谱密度

2.3.1 功率谱的分析方法

2.3.2 直接法求功率谱

2.4 本章小结

第3章混沌序列的分布特征对随机调制的影响

3.1 混沌系统简介

3.2 三种随机序列产生方式及其数值特征

3.2.1 均匀分布序列

3.2.2 Logistic混沌序列

3.2.3 蔡氏混沌序列

3.3 基于随机调制的单相逆变器仿真模型

3.4 序列分布律与方差对随机调制影响的研究

3.4.1 同分布律不同方差序列的调制功率谱

3.4.2 不同分布律不同方差序列的调制功率谱

3.4.3 同方差不同分布律的序列调制功率谱

3.5 随机序列方差的取值范围

3.6 本章小结

第4章 Logistic混沌调制在不同开关频率下的应用

4.1 混沌调制在低开关频率下的应用

4.2 低开关频率下Logistic混沌调制的应用优化

4.2.1 单相逆变器的电路等效模型分析

4.2.2 低通滤波器的截止频率

4.2.3 优化方法与结果分析

4.3 Logistic混沌调制在低开关频率下的应用

4.4 不同频率下Logistic混沌调制输出信号的功率谱

4.5 本章小结

第5章混沌随机调制在单相逆变器中的应用性能分析

5.1 基于TMS320F2808的Logistic混沌PWM信号实现

5.1.1 随机PWM信号的周期与频率

5.1.2 软件控制过程

5.2 实验平台简介

5.3 实验结果分析

5.4 本章小结

第6章总结与展望

6.1 研究总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张鑫

导师: 王斌

关键词: 电磁干扰,随机调制,混沌信号,功率密度谱

来源: 武汉科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,电信技术

单位: 武汉科技大学

分类号: O415.5;TN911.3

总页数: 72

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