【摘 要】
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六相串联三相双永磁同步电机(PMSM)驱动系统利用六相PMSM的冗余自由度,通过两台PMSM之间特定的绕组连接方式,实现了一台逆变器独立解耦控制两台PMSM,降低了驱动系统的成本和体积,并天然具有优秀的再生制动能力,在对驱动系统成本、体积和功率密度要求极高的领域有较大的应用优势。另外系统还存在一个冗余自由度,必要时可以用以实现容错控制,可靠性强。采用直接转矩控制(DTC)的六相串联三相双PMSM驱
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六相串联三相双永磁同步电机(PMSM)驱动系统利用六相PMSM的冗余自由度,通过两台PMSM之间特定的绕组连接方式,实现了一台逆变器独立解耦控制两台PMSM,降低了驱动系统的成本和体积,并天然具有优秀的再生制动能力,在对驱动系统成本、体积和功率密度要求极高的领域有较大的应用优势。另外系统还存在一个冗余自由度,必要时可以用以实现容错控制,可靠性强。采用直接转矩控制(DTC)的六相串联三相双PMSM驱动系统有着动态响应快的优点,但离线构建的最优开关表难以保证系统的稳态特性,且系统需要在不同的平面上同时控制两台PMSM,最优开关表构建困难。而模型预测直接转矩控制(MPDTC)在保留直接转矩控制快速动态响应优点的同时,仅需简单地将两台PMSM的转矩和定子磁链幅值引入到成本函数中,即可实现对系统的控制。并且,其具体评估备选电压矢量的作用,有利于提升系统的稳态特性。但是,已有的模型预测直接转矩控制存在零序电流抑制效果不佳、计算负担重、权重系数整定繁琐、未考虑系统共模电压干扰等问题。本文针对这些问题展开研究。针对零序电流抑制效果不佳、计算负担重的问题,提出了一种结合预测开关表的模型预测直接转矩控制。基于直接转矩控制基本原理,构建了广义的开关表—预测开关表,在每个周期仅预选5或7或9个基本电压矢量来控制系统。将预选的基本电压矢量合成为零序电压等于给定值的虚拟电压矢量,以实现零序电流全周期闭环控制。仿真及实验结果表明,所提控制策略在两台PMSM稳态特性、零序电流抑制效果和计算效率上均有所改善。更进一步,针对权重系数整定繁琐的问题,提出了一种无权重系数的模型预测直接转矩控制。为消除权重系数,使用基于两台PMSM电压矢量误差的成本函数,并推导了一种考虑控制延时的期望电压矢量计算方法以配合成本函数的使用。引入了与结合预测开关表的模型预测直接转矩控制相同的零序电流抑制策略。基于几何法,仅预选9~11个虚拟电压矢量代入到成本函数中。仿真及实验结果表明,所提控制策略在消除权重系数的同时,两台PMSM稳态特性、零序电流抑制效果和计算效率均有所改善。考虑共模电压对系统的干扰,提出了一种共模电压抑制的模型预测直接转矩控制。分析并推导了系统共模电压的表达式,得到了20个共模电压为0的基本电压矢量,并将这些矢量合成出13个共模电压和零序电压均为0的虚拟电压矢量来控制系统。为抑制因系统非线性因素导致的零序电流,引入零序电流PI调节器调整用以合成虚拟电压矢量的两个基本电压矢量的占空比。仿真及实验结果表明,所提控制策略有效抑制了系统的共模电压和零序电流。
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