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双级矩阵变换器(Two-stage Matrix Converter:TSMC)不仅具有常规矩阵变换器(ConventionalMatrix Converter:CMC)所有优良的性能,而且由于其开关器件少,换流方法可靠,开关控制方案简单,控制策略灵活等独特的优点,近年来成为了电力变换器研究的热点,许多国内外专家就双级矩阵变换器的输出输入性能和控制策略在理论上做了大量的研究与分析。然而,由于TSMC的拓扑结构,中间缺少可以储能的直流元件,这样输入与输出的相互耦合的影响十分严重,输入侧的电网、滤波参数的变化都会直接影响到TSMC的输出,同样,功率开关本身的性能,检测器件的误差,以及环境等其他因素的影响,都会直接导致TSMC输出的不稳定,因此,要得到可靠且稳定的输出电压电流,同时保持输入级的电流电压质量良好,具有十分重大的意义。本文对TSMC的输入与输出级性能进行了分析研究,同时对输入与输出的控制策略进行了优化设计。由于TSMC是通过控制功率开关的关断与导通来实现变频变压,而功率开关元件是一个非线性,参数时变的模型,因此TSMC的系统是一个非线性,模型不确定的系统,常规的PID控制已经不能胜任如此复杂的系统,所以有必要引入智能控制方式来对TSMC的输出输入电压电流进行控制。本文提出了一种基于专家自适应PID控制下的TSMC输出电压闭环控制方案,利用专家控制的自我调节能力,能够有效地抑制电源输入端及系统中的各种扰动,保证输出波形质量的良好。而对于输入侧的控制,本文采用功率平衡控制,运用瞬时功率原理,分析了TSMC的无功功率传递原理,将输出的实际功率与输入的有功功率进行比较,得到功率误差,并设计功率补偿器,对损耗的功率进行补偿,进而控制无功功率,使整个TSMC系统获得较高的功率因数,同时可以实现输入整流级与输出逆变级的协调控制,不会因某一级的扰动而干扰整个TSMC系统。论文运用MATLAB/SIMULINK进行了建模和仿真分析,仿真结果验证了所述控制方案的可行性和正确性。设计了基于DSP2812芯片下的TSMC的电路系统,完成了整个系统电路的规划与设计,为进一步验证其控制策略及性能奠定了基础。