容錯逆變器驅(qū)動永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的模型預(yù)測控制研究.pdf

1、PMSM(永磁同步電機(jī))具有功率密度大和效率高的優(yōu)點(diǎn)。因而在工業(yè)、交通、軍事和航空等重要領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。而作為常用驅(qū)動部件的三相六開關(guān) VSI(電壓源逆變器)是電機(jī)控制系統(tǒng)易出現(xiàn)故障的薄弱環(huán)節(jié)。如果VSI功率開關(guān)元件出現(xiàn)短路或斷路，造成電機(jī)某相繞組開路，電機(jī)缺相運(yùn)行會使輸出轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)較大的波動，產(chǎn)生較大的機(jī)械噪音，系統(tǒng)的整體性能大大降低，甚至不能工作。因此，針對VSI故障的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行容錯控制具有重要意義。經(jīng)過多年研究，不同的逆變

2、器容錯結(jié)構(gòu)相繼被提出，本文采用將三相六開關(guān)逆變器切換為三相四開關(guān)逆變器的容錯結(jié)構(gòu)。相比其它容錯結(jié)構(gòu)，這種方案具有成本低、容錯后帶載能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
　　對于電機(jī)系統(tǒng)最為普遍的兩種控制方法為VC(矢量控制)和DTC(直接轉(zhuǎn)矩控制)。但是基于定子電流控制方式的VC，其固有電流內(nèi)環(huán)的存在影響了系統(tǒng)響應(yīng)速度；而 DTC系統(tǒng)雖然響應(yīng)較快但存在轉(zhuǎn)矩脈動大的缺點(diǎn)。近些年在電機(jī)控制領(lǐng)域又出現(xiàn)了一種引起廣泛重視的控制方式—FCS-MPC(有限控制集模

3、型預(yù)測控制)。FCS-MPC具有較強(qiáng)約束處理能力，并能將存在的非線性因素都考慮進(jìn)來。FCS-MPC比VC動態(tài)響應(yīng)快，比DTC的轉(zhuǎn)矩波紋和定子電流THD(總諧波失真)值小。為此本文采用FCS-MPC策略來控制三相四開關(guān)容錯逆變器驅(qū)動的PMSM系統(tǒng)。
　　本文主要研究內(nèi)容分為以下幾個方面：
　　(1)考慮到永磁磁鏈會隨著溫度等外界因素的影響而發(fā)生變化，而永磁磁鏈值是控制器所需的重要參數(shù)，因此本文設(shè)計MRAS(模型參考自適應(yīng))永磁

4、磁鏈觀測器，構(gòu)建基于MRAS觀測器的三相四開關(guān)逆變器模型預(yù)測電流控制系統(tǒng)。
　　(2)為了進(jìn)一步提高常規(guī)FCS-MPC方法的魯棒性，本文針對三相四開關(guān)逆變器驅(qū)動的PMSM系統(tǒng)，提出一種基于滑模控制的FCS-MPC策略。以此同時，為了使PMSM運(yùn)行轉(zhuǎn)速快速、準(zhǔn)確地跟隨參考轉(zhuǎn)速，設(shè)計可以無抖振并且單調(diào)收斂的滑模轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。
　　(3)設(shè)計PMSM系統(tǒng)ADRC(自抗擾控制)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，相比常規(guī)采用 PI轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的FCS-MPC，