永磁同步电机电流预测控制研究

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随着永磁同步电机广泛应用于航空航天,电动汽车,伺服驱动等领域,对于永磁同步电机驱动系统控制性能的要求也越来越高。在永磁同步电机驱动系统中电流环节能够决定电机输出的电磁转矩并直接影响系统控制性能,因此研究电流控制策略具有十分重要的意义。近年来,多种控制策略相继被应用于电流控制,其中预测电流控制备受青睐,成为研究和应用的热门。本文以内埋式永磁同步电机为研究对象,重点研究有限控制集模型预测控制和无差拍预测控制在其驱动系统电流环节控制中的应用。首先基于坐标变换理论推导永磁同步电机在三种常见坐标下的数学模型并介绍永磁同步电机矢量控制系统以及空间矢量脉宽调制技术。在仿真实验中,加入电压前馈解耦,改善了传统矢量控制的控制效果。对于传统有限控制集模型预测电流控制中存在的逆变器开关频率不固定的问题,提出结合空间矢量脉宽调制技术的改进算法来解决;分析了数字控制器采样和计算延时问题,采取两步预测法来应对。仿真实验结果显示改进算法在实现了逆变器固定开关频率运行的同时还展现了较好的控制性能。针对传统无差拍预测电流控制受永磁同步电机参数变化影响而导致电流控制性能下降的问题,结合仿真分析得出电机电感参数扰动对控制的影响最大,并提出一种改进算法,修改电流无差拍约束条件,降低电感参数的影响比重。仿真实验结果显示改进算法对电感参数的敏感性明显降低,电流控制性能明显提升。最后,利用实验室现有平台搭建了内埋式永磁同步电机驱动控制系统,并利用该实验系统验证改进无差拍预测电流控制算法的控制性能。先通过电流给定响应实验证明了改进无差拍预测电流控制算法具有更好的抗参数扰动能力;在前一个实验的基础上,进行内埋式永磁同步电机驱动控制系统双闭环调速实验,实验结果证实改进无差拍预测电流控制算法不仅提升了系统的抗参数扰动能力,还具备良好的电流控制性能。
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