基于弱磁升速的永磁同步电机调速系统研究

作     者：余雨婷 

作者单位：兰州交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：滕青芳;吴晓利

授予年度：2017年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：永磁同步电机 直接转矩控制 弱磁控制 模型预测控制 自抗扰速度调节器 

摘      要：PMSM(Permanent Magnet Sychronous Motor,永磁同步电机)体积小、效率高、功率密度大、结构简单、且更为节约能源,所以PMSM在工业、交通、军事、航空等重要领域应用广泛。在采用电压源型逆变器的电机驱动系统中,弱磁控制的实质是在电机的端电压值不断升高,且升高到逆变器直流侧电压允许输出的最大值后,采取一定方式减弱电机磁场继而使转速能够继续升高来满足PMSM在宽调速范围内运行。由于对PMSM弱磁控制的研究能更好地发挥电机的效率,因而今日成为了研究领域的一个重要课题。本文针对PMSM在DTC(Direct Torque Control,直接转矩控制)下的弱磁控制系统,当转速和负载发生变化时,产生的扰动对电机会产生一定的影响,做了相应研究。DTC系统虽然响应较快,但存在转矩脉动大的缺点,近些年在电机控制领域又出现了一种引起广泛重视的控制方式—FCS-MPC(Finite Control Set Model Predictive Control,有限集模型预测控制)。FCS-MPC具有较强约束处理能力,并能将存在的非线性因素都考虑进来使得转矩波纹更小。本文的研究内容主要分为以下几个方面:(1)在进行文献调研后,对PMSM当前存在的几种控制方法进行了总结归纳,并详细介绍了每种方法存在的优缺点,结合PMSM的的结构特点采取利用FCS-MPC控制方法来改善控制系统。(2)PMSM的几种坐标变换方法、PMSM的弱磁基本原理和几种控制方法,并详细分析每种弱磁控制方式的优缺点。(3)为了更好地减少PMSM在弱磁升速的过程中由于负载转矩变化而给电机带来的扰动,提出了采用MPC控制系统,结合DTC下的弱磁控制方法,将DTC下的弱磁控制方法和MPC控制系统结合。在Matlab/Simulink建立系统的仿真模型,并对仿真结果进行对比分析。(4)由于PMSM在速度发生变化时可以视为对PMSM产生的一种扰动,提出了采用ADRC(Active Disturbance Rejection Control,自抗扰控制)速度调节器来减小因为PMSM速度变化而带来的干扰。设计了MPC下基于ADRC速度调节器的PMSM弱磁控制系统,在Matlab/Simulink下建立了系统仿真模型。并对DTC控制系统下基于PI速度调节器和基于ADRC速度调节器的PMSM弱磁控制系统效果进行比较分析,同时还比较分析了MPC控制系统下基于PI速度调节器和基于ADRC速度调节器的PMSM弱磁控制系统,仿真结果说明基于ADRC速度调节器的MPC下PMSM弱磁控制系统在速度和负载发生变化时具有更好的鲁棒性。