无速度传感器永磁同步电机预测电流控制策略研究

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永磁同步电机(PMSM)因为具有体积小、结构简单、工作效率和功率密度高等优点,在交流调速系统中的地位变得日益重要。因此对永磁同步电机进行高性能的控制是现阶段交流调速系统研究的重点。永磁同步电机控制系统一般采用速度环,电流环的双环控制结构。控制系统的暂态和稳态特性很大程度上由电流环的性能决定,而转速环的性能直接依赖于反馈转速的精确性。
  目前,预测电流控制从原理上提高了电流环的暂态响应速度,是现在的研究热点。但是因为预测电流控制算法依赖于电机的数学模型,控制器参数与电机真实参数不匹配会导致电流的振荡和产生电流静差,进而导致系统的稳定性和效率下降。除此之外,永磁同步电机的转子速度和位置信息的检测需要加装传感器装置,使得系统的体积跟成本增大。在一些恶劣环境中,其精度无法保证,进一步降低了系统的可靠性。因此,本文将对无速度传感器永磁同步电机预测电流控制策略进行研究。
  首先,本文研究了永磁同步电机的数学模型,进而推导了预测电流控制算法。根据预测控制的方程,对该算法的稳定性进行了分析,研究加入鲁棒性因子以扩宽系统的稳定裕度。同时分析了预测电流控制算法在控制器控制参数与电机不匹配时电流静差产生的机理,并分析了鲁棒因子的引入对于电流静差的影响。提出了一种电流静差消除算法。通过仿真研究,验证了鲁棒预测电流控制算法和电流静差消除算法的有效性。
  其次,本文结合预测电流控制,使用模型参考自适应控制系统对电机转子位置和速度信号进行估算。把永磁同步电机本体作为参考模型流方程作为可调模型,依据Popov超稳定性定律设计得到合适的转速自适应律,进而构建模型参考自适应转速估算系统。通过仿真研究,验证了该算法对电机转子位置和转速估算的有效性。
  最后,为了验证上述方法的有效性,搭建了硬件实验平台,对鲁棒预测电流控制算法、电流静差消除算法、无速度传感器转速估算策略进行了实验验证,验证了以上算法的正确性和有效性。
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