三相四開關逆變器永磁同步電機系統(tǒng)模型預測控制技術研究.pdf

1、三相四開關逆變器因其拓撲結(jié)構(gòu)簡單、硬件成本低并可作為傳統(tǒng)三相逆變器的故障重構(gòu)結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢，在電機調(diào)速系統(tǒng)中有廣闊的應用前景。同時考慮到永磁同步電機作為高效電機的節(jié)能優(yōu)勢和模型預測控制作為高性能控制策略的應用潛力，開展三相四開關逆變器驅(qū)動永磁同步電機系統(tǒng)的模型預測控制技術的研究工作有重要的理論和現(xiàn)實意義。本文從電機系統(tǒng)數(shù)學建模、電容電壓平衡控制、模型預測控制目標函數(shù)設計和電壓矢量選擇過程簡化等多個方面進行深入分析和算法優(yōu)化。從以下幾個方面展

2、開了研究工作:
　　1.為消除傳統(tǒng)模型預測轉(zhuǎn)矩控制目標函數(shù)中針對磁鏈幅值和電容電壓等控制項的調(diào)節(jié)因子系數(shù)，本文針對三相四開關逆變器驅(qū)動永磁同步電機系統(tǒng)提出一種模型預測磁鏈控制算法。通過提出一種基于自適應陷波器電容電壓平衡控制的定子磁鏈補償器，實現(xiàn)將轉(zhuǎn)矩、電容電壓控制項轉(zhuǎn)化為對磁鏈矢量的單一控制，從而消除了調(diào)節(jié)因子系數(shù)。實驗結(jié)果表明該算法有很好的靜態(tài)和動態(tài)性能，通過自適應陷波器來消除電容電壓正弦分量對系統(tǒng)運行性能控制的影響，改善了電

3、容電壓的穩(wěn)態(tài)控制效果。
　　2.在所提出的模型預測磁鏈控制的基礎上，對三相四開關逆變器的電壓矢量特性進行深入分析，通過引入偏移電壓矢量的概念，由此計算出偏移磁鏈誤差矢量作為最優(yōu)電壓矢量選擇的判斷標準。只需一次預測計算，就能在理想電壓矢量平面上通過扇區(qū)判斷選出目標控制電壓矢量。這種方法簡化了電壓矢量選擇的步驟，使得計算時間大大減少，稱為簡化模型預測磁鏈控制方法。為進一步改善系統(tǒng)運行的穩(wěn)態(tài)性能，本文研究了一種基于三矢量合成的簡化模型預

4、測磁鏈控制方法，在一個控制周期作用更多的基本電壓矢量，使得理論上磁鏈矢量跟蹤誤差為零。實驗結(jié)果證明了簡化電壓矢量選擇算法的可行性，在縮短了算法計算時間的基礎上，控制性能不會被犧牲。而由于多個電壓矢量的作用，使得穩(wěn)態(tài)控制性能得到改善。
　　3.提出了一種與模型預測磁鏈控制對偶存在的控制策略。通過定義了一個與無功功率相關的虛擬轉(zhuǎn)矩，提出拓展轉(zhuǎn)矩矢量的概念。并由此計算出在id=O控制模型下的給定拓展轉(zhuǎn)矩矢量，將轉(zhuǎn)矩、電容電壓控制項轉(zhuǎn)化為

5、對轉(zhuǎn)矩矢量的控制，這種控制方法稱為模型預測轉(zhuǎn)矩矢量控制。該方法實現(xiàn)目標函數(shù)中調(diào)節(jié)因子系數(shù)的消除，減少相應的整定工作。
　　4.提出一種簡化模型預測電流控制，與傳統(tǒng)三相四開關永磁同步電機模型預測電流控制相比，通過將簡化電壓矢量選擇的方法移植到預測電流控制中，結(jié)合虛擬占空比的調(diào)制技術，減少系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時電流的脈動并縮短算法計算時間。實驗結(jié)果證明了本文提出的針對三相四開關驅(qū)動系統(tǒng)的簡化電壓選擇方法的有效性，并具備在不同控制方法中的可移植性。