永磁同步电机的低转矩脉动预测转矩控制研究

作     者：杨凯文 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡建辉

授予年度：2021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 模型预测转矩控制 鲁棒性 权重系数 转矩脉动抑制 

摘      要：现代工业复杂的工作环境对永磁同步电机控制系统提出了更多更复杂的约束要求,因此易于实现多目标控制和多约束条件的有限控制集模型预测控制逐渐进入电机控制领域的视野。本文主要针对永磁同步电机控制系统的单矢量模型预测转矩控制转矩脉动较大的问题进行研究,通过提高预测模型预测鲁棒性和转矩脉动抑制策略来改善稳态转矩脉动。结合模型预测控制原理和永磁同步电机数学模型,推导模型预测转矩控制的离散预测数学模型,在此基础上实现单矢量模型预测转矩控制相关设计和仿真实现,发现其转矩脉动过大的问题。为后续改善转矩脉动相关控制策略的设计奠定基础和提供控制性能对照组。从转矩和磁链的离散预测模型入手,分析不同参数对于预测误差的敏感性,由仿真分析知权重系数对转矩和磁链稳态控制性能的衡量作用。为解决参数敏感性对电机控制系统稳态性能对影响,设计一种提高鲁棒性的单矢量模型预测磁链控制,其仅根据采样的电流及位置信息更新预测模型电感值和使用电流ESO补偿电流预测误差,从而预测出dq轴磁链,不依赖预测模型的电机参数,且将转矩量转化为磁链量无需权重系数。针对单矢量模型预测控制转矩脉动过大的问题,先从理论上分析转矩脉动过大的主要原因,再针对转矩脉动过大的原因设计两种转矩脉动抑制策略,基于价值函数最优的模型预测转矩控制与改进双矢量模型预测转矩控制。基于价值函数最优的模型预测转矩控制通过价值函数最优获得最优电压矢量,并利用空间矢量调制技术解决输出电压矢量偏差;改进双矢量模型预测转矩控制利用转矩和磁链斜率获得各电压矢量和其作用时间,再通过价值函数考虑到磁链控制性能枚举获得最优电压矢量及其作用时间,既减少输出电压偏差又使得开关点非固定。通过实验验证单矢量模型预测转矩控制、提高鲁棒性策略和转矩脉动抑制策略,其中提高鲁棒性策略可以稳定运行,两种转矩脉动抑制策略具有有效性,并深入分析仿真和实验中控制性能存在区别的原因。