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【6h】

基于增量式模型的PMSM鲁棒电流预测控制技术

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目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的与意义

1.2 国内外该方向的研究及发展现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 无磁链电流预测控制算法

2.1 表贴式永磁同步电机的数学模型

2.2 PWM预测控制

2.3 永磁同步电机的增量式模型

2.4 基于增量式模型的无磁链电流预测控制

2.5 本章小结

第3章 基于扩展状态观测器的电感参数鲁棒性提升策略

3.1 连续扩展状态观测器的设计

3.2 离散扩展状态观测器的设计

3.3 扩展状态观测器的稳定性分析及增益选择

3.4 扩展状态观测器的扰动观测性能仿真验证

3.5 本章小结

第4章 具有自适应死区补偿的鲁棒电流预测控制

4.1 自适应死区补偿策略

4.2 自适应死区补偿效果仿真分析

4.3 自适应死区补偿效果实验验证

4.4 本章小结

第5章 PPC和R-PPC仿真及实验对比验证

5.1 电压矢量和电流矢量的限制

5.2 PI、PPC与R-PPC额定参数下仿真及实验对比

5.3 PPC与R-PPC磁链参数鲁棒性仿真及实验对比

5.4 PPC与R-PPC电感参数鲁棒性仿真及实验对比

5.5 PPC与R-PPC加载性能仿真及实验对比

5.6 采用R-PPC时电机正反转仿真及实验

5.7 电机退磁故障时PPC和R-PPC仿真性能对比

5.8 R-PPC在其他实验平台上的验证

5.9 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明

致谢

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摘要

电流预测控制凭借其良好的动态响应性能成为电机控制领域近年来研究热点之一,特别是带有PWM调制模块的电流预测控制(本文中简称为PPC)。PPC是一种模型预测控制策略,控制性能依赖于电机模型参数的准确性,尤其是定子电感和转子磁链。当PPC控制器中电感和实际电感失配时,会造成电流的震荡,偏差较大时甚至会导致电流环的不稳定。当PPC控制器中磁链和实际转子磁链失配时,会造成电流静差,使控制系统过流或削弱系统的带负载能力。因此,在保证电流预测控制优点的同时,提高磁链和电感的参数鲁棒性是电流预测控制的首要挑战。目前的鲁棒电流预测控制算法通常比较复杂,需要包含多种观测器。此外,将算法移植到不同实验平台时,由于电机本体参数的不同,需要对多个参数进行调试才能获得满意的性能。
  针对以上问题,本文提出了一种无需转子磁链参数的鲁棒电流预测控制策略,称为R-PPC。首先,在永磁同步电机数学模型的基础上,推导出增量式数学模型,基于增量式模型设计了无需磁链参数的 R-PPC控制器。并对R-PPC的权重矩阵和电流指令的选择进行分析。此外,还对R-PPC的控制器稳定性和电流静差进行了分析,从理论上证明了本文提出算法的有效性和可行性。
  接下来,在无需磁链参数的基础上,本文引入扩展状态观测器ESO以提高电感参数鲁棒性。根据带有电感误差的电机数学模型,建立了连续和离散的ESO。本文还对ESO进行了稳定性分析,并给出了观测器增益的选择方法。仿真结果验证了ESO可以准确的观测由于电感误差造成的电压误差,通过电压补偿,R-PPC可以有效提高电感参数鲁棒性。
  之后,在参数鲁棒性提高的基础上,为进一步提高电流性能,本文采用了自适应死区补偿策略。仿真和实验结果表明,该补偿方法与R-PPC结合可以实现良好的补偿效果。谐波含量大大减小,零电流钳位现象几乎消除。
  最后,对 PPC和 R-PPC进行了充分的对比仿真和实验验证,结果表明R-PPC可以无需磁链运行且对电感参数有很强的鲁棒性,突出了R-PPC相比于 PPC的优势。此外,还在广州数控的伺服平台上进行了 R-PPC的算法移植和实验验证,证明R-PPC算法的通用性和可移植性。

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