三相四開關(guān)逆變器永磁同步電機(jī)系統(tǒng)模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)研究.pdf

1、三相四開關(guān)逆變器因其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shì)，在電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中有廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)考慮到永磁同步電機(jī)作為高效電機(jī)的節(jié)能優(yōu)勢(shì)和模型預(yù)測(cè)控制作為高性能控制策略的應(yīng)用潛力，開展三相四開關(guān)逆變器驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)的研究工作有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本文從電機(jī)系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模、電容電壓平衡控制、模型預(yù)測(cè)控制目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)和電壓矢量選擇過(guò)程簡(jiǎn)化等多個(gè)方面進(jìn)行深入分析和算法優(yōu)化。從以下幾個(gè)方面展

2、開了研究工作:
　　1.為消除傳統(tǒng)模型預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)矩控制目標(biāo)函數(shù)中針對(duì)磁鏈幅值和電容電壓等控制項(xiàng)的調(diào)節(jié)因子系數(shù)，本文針對(duì)三相四開關(guān)逆變器驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)系統(tǒng)提出一種模型預(yù)測(cè)磁鏈控制算法。通過(guò)提出一種基于自適應(yīng)陷波器電容電壓平衡控制的定子磁鏈補(bǔ)償器，實(shí)現(xiàn)將轉(zhuǎn)矩、電容電壓控制項(xiàng)轉(zhuǎn)化為對(duì)磁鏈?zhǔn)噶康膯我豢刂?，從而消除了調(diào)節(jié)因子系數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該算法有很好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，通過(guò)自適應(yīng)陷波器來(lái)消除電容電壓正弦分量對(duì)系統(tǒng)運(yùn)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(yù)測(cè)磁鏈控制的基礎(chǔ)上，對(duì)三相四開關(guān)逆變器的電壓矢量特性進(jìn)行深入分析，通過(guò)引入偏移電壓矢量的概念，由此計(jì)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(biāo)準(zhǔn)。只需一次預(yù)測(cè)計(jì)算，就能在理想電壓矢量平面上通過(guò)扇區(qū)判斷選出目標(biāo)控制電壓矢量。這種方法簡(jiǎn)化了電壓矢量選擇的步驟，使得計(jì)算時(shí)間大大減少，稱為簡(jiǎn)化模型預(yù)測(cè)磁鏈控制方法。為進(jìn)一步改善系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)態(tài)性能，本文研究了一種基于三矢量合成的簡(jiǎn)化模型預(yù)

4、測(cè)磁鏈控制方法，在一個(gè)控制周期作用更多的基本電壓矢量，使得理論上磁鏈?zhǔn)噶扛櫿`差為零。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了簡(jiǎn)化電壓矢量選擇算法的可行性，在縮短了算法計(jì)算時(shí)間的基礎(chǔ)上，控制性能不會(huì)被犧牲。而由于多個(gè)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(yù)測(cè)磁鏈控制對(duì)偶存在的控制策略。通過(guò)定義了一個(gè)與無(wú)功功率相關(guān)的虛擬轉(zhuǎn)矩，提出拓展轉(zhuǎn)矩矢量的概念。并由此計(jì)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(xiàng)轉(zhuǎn)化為

5、對(duì)轉(zhuǎn)矩矢量的控制，這種控制方法稱為模型預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)矩矢量控制。該方法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)函數(shù)中調(diào)節(jié)因子系數(shù)的消除，減少相應(yīng)的整定工作。
　　4.提出一種簡(jiǎn)化模型預(yù)測(cè)電流控制，與傳統(tǒng)三相四開關(guān)永磁同步電機(jī)模型預(yù)測(cè)電流控制相比，通過(guò)將簡(jiǎn)化電壓矢量選擇的方法移植到預(yù)測(cè)電流控制中，結(jié)合虛擬占空比的調(diào)制技術(shù)，減少系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)電流的脈動(dòng)并縮短算法計(jì)算時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了本文提出的針對(duì)三相四開關(guān)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)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。