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基于离散模型的高速永磁同步电机电流控制策略研究

基于离散模型的高速永磁同步电机电流控制策略研究

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作者：辛瑞芝河北工业大学

学位级别：硕士

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)以其高效率、高功率密度和高惯量比的特性广泛应用于电动汽车、重型机械等各种工业场合。其中高速内嵌式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM)因其... 详细信息

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)以其高效率、高功率密度和高惯量比的特性广泛应用于电动汽车、重型机械等各种工业场合。其中高速内嵌式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM)因其体积更小、重量更轻、功率密度更高的特点而越来越受到重视,然而其高速高频特性使得电流控制难度不断增加。d-q轴电流间交叉耦合、控制系统延时、间接离散化带来的截断误差以及电机参数时变等问题,对系统控制性能带来严重影响。针对高速下电流控制存在的问题,论文主要从以下几个方面展开研究:首先,以IPMSM为控制对象,通过分析高速下电压方程的特点,从磁链角度构建逆变器驱动的IPMSM离散模型。并针对数字控制系统延时问题,建立延时环节离散模型。将逆变器驱动的IPMSM离散模型与延时环节离散模型组合,构建出IPMSM驱动系统离散模型,为IPMSM电流控制器设计奠定基础。其次,基于表贴式PMSM驱动系统离散模型,通过闭环零极点分布图对比分析了基于PI、间接设计法和直接设计法等得到的离散电流控制器性能。在此基础上,根据建立的IPMSM驱动系统离散模型,采用直接设计法得到改进型离散电流调节器,解决了控制延时、间接离散化误差以及交叉耦合等问题,改善了电流控制性能,并通过仿真实验对其控制效果进行分析验证。再次,IPMSM参数时变性会影响闭环系统的零极点对消状况和阻尼系数,导致电流控制性能下降。所以为了提高系统的参数适应性和鲁棒性,在改进型离散电流控制器基础上引入了离散滑模控制。通过设计相应的滑模面,消除滑模到达过程,保证系统的全局鲁棒性,并通过仿真实验进行分析验证。最后,搭建了以DSP28335为控制核心的高速PMSM控制系统实验平台,并在此平台上对不同的控制策略进行验证。结果表明,论文所提的控制策略可以有效解决高速情况下电流控制中存在的问题,显著提高电流控制性能。

关键词：高速内嵌式永磁同步电机离散模型直接设计法离散滑模控制

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