集成型五相永磁同步电机无差拍预测控制策略研究

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电动汽车对于驱动电机的功率密度和高速性能有着很高的要求。因此,集成化多相电机驱动器由于其高功率密度和可容错运行等优点逐渐成为电动汽车的研究热点,SiC MOSFET由于其高温特性和高频特性被广泛的应用于电动汽车中,永磁同步电机的弱磁控制策略与电机的高速运行性能有着直接联系,也受到了越来越多的关注。本文利用基于SiC MOSFET的集成化五相永磁同步电机驱动平台,对车用60k W电机进行了集成化驱动测试,主要研究工作如下:首先,本文建立了五相永磁同步电机在静止坐标系下的数学模型,利用空间变换矩阵得到其在旋转坐标系下的数学模型,并利用相邻四矢量空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略构建虚拟电压矢量,消除谐波坐标系下的伴生矢量。相比于PI控制,无差拍电流预测控制带宽高,响应速度快,推导了无差拍电流预测方程,当参数失配时控制性能下降,针对参数敏感性问题,研究了基于龙伯格扰动观测器的扰动量补偿策略,对参数失配引起的扰动量进行观测,并将其引入到预测方程中,实现实时补偿;研究了基于权重因子的鲁棒电流预测控制策略,通过引入权重因子,调节其大小改变系统的稳定性,提高系统的鲁棒性。其次,建立了永磁同步电机的弱磁模型,推导了最大转矩电流比(MTPA)和最大转矩电压比(MTPV)公式,研究了表贴式和内置式永磁同步电机的定子电流弱磁运行轨迹。为了实现电机的高速弱磁运行,研究了超前角弱磁控制策略,其不使用电机参数,结构简单,鲁棒性强。当电机到达转折速度时,定子电压达到最大值保持不变,通过定子电压偏差输出超前角调节定子电流,增大直轴电流,减小交轴电流,使得电机平稳进入弱磁区,实现电机在宽转速范围下的稳定运行。最后,设计了基于SiC MOSFET的集成化五相永磁同步电机驱动器,在不同电压等级下对SiC MOSFET的漏源电压振荡情况进行测试;设计了一体化水冷结构对电机本体和驱动器进行散热。对鲁棒电流预测控制策略进行了实验验证,分别利用鲁棒电流预测控制和PI控制对超前角弱磁控制策略进行了实验验证,最后利用超前角弱磁控制策略完成车用60k W电机10000r/min集成化驱动测试。
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