PMSM驱动系统无模型预测控制若干技术研究
发布时间：2020-11-16 02:19
低碳经济成为我国未来发展的主要方向,在此背景下,新能源汽车应运而生。新能源汽车具有节能减排、保护环境等多方面的优点,也代表世界汽车产业的发展方向。永磁同步电机(PMSM)驱动系统是新能源汽车的核心零部件与主要动力来源,其控制品质直接影响电驱动系统的性能。为此,论文针对PMSM驱动系统中逆变器非线性、稳态性能提升与开关损耗降低等亟需解决的关键技术,重点开展无模型无差拍电流预测控制、基于离散空间电压矢量调制的有限控制集双目标电流预测控制、基于有限控制集预测控制的混合调制技术研究,旨在提升PMSM驱动系统的控制品质,对于实现整车动力性、舒适性和安全性的提升无疑具有重要的理论研究价值和工程应用价值。论文首先介绍无模型无差拍电流控制以解决PMSM驱动系统中存在参数不确定性与逆变器非线性的问题。通过分析d,q轴死区误差电压,指出无模型电流预测控制中超局部模型的局限性,研究适合无模型电流预测控制的死区补偿方案,通过系统实验研究证实集成死区补偿的PMSM驱动系统无模型无差拍电流预测控制方案的有效性。为了提升有限控制集电流预测控制的稳态精度,引入离散空间电压矢量调制以获得更多的虚拟电压矢量。基于参考电压矢量最小距离原则,将电压矢量空间细分为多个子空间,再直接根据参考电压矢量的位置确定最优电压矢量,旨在简化优化算法。设计两级决策的代价函数,优化电压矢量的施加顺序实现开关频率的减小。在上述工作基础上,提出基于离散空间电压矢量调制的有限控制集双目标电流预测控制,通过系统实验证实所提出的控制方案能够实现PMSM驱动系统电流稳态精度提升与开关频率降低的双目标优化。最后,引入混合调制技术,将各式PWM策略作为新的有限控制集,设计包含电流质量评价、开关损耗与死区效应惩罚项的代价函数,通过代价函数在线选取最优的PWM策略,进而提出基于有限控制集预测控制的混合调制技术,旨在优化PMSM驱动系统整个控制周期间的电流稳态性能与开关损耗,并通过系统仿真研究予以证实。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM341
【部分图文】：
* ***** *333dcdq s dcsdqdq s dcUk u k Uu kkk u k U uuu(2.9)其中， ** ** **Tdq d qk u k u k u，u**d[k]，u**q[k]为调整后的定子电压参考值在 d，q轴上的分量，u*s[k]为定子参考电压幅值，有 2 2* * *s d qu k u k u k。为补偿实际算法计算所造成的一步延迟，先通过上一时刻电压指令 u**u q[k 1]计算出 k + 1 时刻的电流值 idq[k+1]，使用预测的电流值 idq[k+1]与 k+2 时刻的指令值i*dq[k+2]计算参考电压矢量[44]。由于采样周期足够小，认为 1dq dqF k F k， * *2dq dqi k i k。此时参考电压矢量的计算公式式(2.8)可改写为 * 1 * 11 2 1dq dq dq dq dq dqsk k k kT u α i i α F(2.10)无模型无差拍电流控制的 PMSM 驱动系统结构框图如图 2.1 所示。
θ (rad)θ (rad)(a) is与 q 轴同相 (b) is超前 q 轴 30°图 2.4 d，q 轴死区误差电压Fig 2.4 Dead-time error voltages on dq-axes即 / 3d qi i ,这在 PMSM 弱磁运行或者 IPMSM 的 MTPA 区都是可能存在的运状态。图中的虚线表示电流过零点时刻，且所有死区误差电压均已作标幺化处理基值为 TdeadUdc/Ts。当 is与 q 轴同相位时，由图 2.4(a)可以看出 d 轴死区误差电在过零点时存在跳变现象，而 q 轴的误差电压则为连续的量。由于假定转速恒定则图 2.4 中的横坐标也可看做时间。当电机运行一个周期（即 θ 由零到 2π 的程），d，q 轴死区误差电压呈现明显的 6 倍频脉动分量，其中 d 轴脉动较大而 q 脉动较小。当 is超前 q 轴 30°时，可以看出 d，q 轴死区误差电压在过零点均会现跳变现象，且 6 倍频脉动分量的幅值都比较大。由前文可知，无模型所使用的超局部模型是基于系统之前的输入输出数据线建立的。对于如电机参数不确定性所引起的缓慢变化的扰动，具备很好的估计力；而对于过零点处的死区误差电压跳变现象，无法做到提前估计与补偿，因此
区补偿方法结构框图如图 2.5 所示。参考电压 u**dq[k]由成，通过坐标变换转换至 u**abc[k]，通过判断选择出最大*min，根据预测的 k + 1 时刻三相电流确定中间相电流 imid(2.15)计算各电压矢量施加时间 T1，T2和 T0，最后计算mid与 Tmin。补偿的无模型无差拍电流控制 PMSM 驱动系统实验研究理论分析的正确性与死区补偿方案的有效性，针对一实验研究。SMPMSM 驱动系统测试台架如图 2.6 所示。使用 DSPACE/DS1007 作为主控制器并为 MOSFET号，逆变器死区时间设置为 3μs。电机的转子位置信息流通过 LEM LA25-P 霍尔电流传感器测量，负载为一交流异步电机。直流侧电压为48V，控制系统的采样周期 d，q 轴的比例因子设置为 αd= αq= 1/ Ls= 1000，窗口
【参考文献】
本文编号：2885501
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM341
【部分图文】：
* ***** *333dcdq s dcsdqdq s dcUk u k Uu kkk u k U uuu(2.9)其中， ** ** **Tdq d qk u k u k u，u**d[k]，u**q[k]为调整后的定子电压参考值在 d，q轴上的分量，u*s[k]为定子参考电压幅值，有 2 2* * *s d qu k u k u k。为补偿实际算法计算所造成的一步延迟，先通过上一时刻电压指令 u**u q[k 1]计算出 k + 1 时刻的电流值 idq[k+1]，使用预测的电流值 idq[k+1]与 k+2 时刻的指令值i*dq[k+2]计算参考电压矢量[44]。由于采样周期足够小，认为 1dq dqF k F k， * *2dq dqi k i k。此时参考电压矢量的计算公式式(2.8)可改写为 * 1 * 11 2 1dq dq dq dq dq dqsk k k kT u α i i α F(2.10)无模型无差拍电流控制的 PMSM 驱动系统结构框图如图 2.1 所示。
θ (rad)θ (rad)(a) is与 q 轴同相 (b) is超前 q 轴 30°图 2.4 d，q 轴死区误差电压Fig 2.4 Dead-time error voltages on dq-axes即 / 3d qi i ,这在 PMSM 弱磁运行或者 IPMSM 的 MTPA 区都是可能存在的运状态。图中的虚线表示电流过零点时刻，且所有死区误差电压均已作标幺化处理基值为 TdeadUdc/Ts。当 is与 q 轴同相位时，由图 2.4(a)可以看出 d 轴死区误差电在过零点时存在跳变现象，而 q 轴的误差电压则为连续的量。由于假定转速恒定则图 2.4 中的横坐标也可看做时间。当电机运行一个周期（即 θ 由零到 2π 的程），d，q 轴死区误差电压呈现明显的 6 倍频脉动分量，其中 d 轴脉动较大而 q 脉动较小。当 is超前 q 轴 30°时，可以看出 d，q 轴死区误差电压在过零点均会现跳变现象，且 6 倍频脉动分量的幅值都比较大。由前文可知，无模型所使用的超局部模型是基于系统之前的输入输出数据线建立的。对于如电机参数不确定性所引起的缓慢变化的扰动，具备很好的估计力；而对于过零点处的死区误差电压跳变现象，无法做到提前估计与补偿，因此
区补偿方法结构框图如图 2.5 所示。参考电压 u**dq[k]由成，通过坐标变换转换至 u**abc[k]，通过判断选择出最大*min，根据预测的 k + 1 时刻三相电流确定中间相电流 imid(2.15)计算各电压矢量施加时间 T1，T2和 T0，最后计算mid与 Tmin。补偿的无模型无差拍电流控制 PMSM 驱动系统实验研究理论分析的正确性与死区补偿方案的有效性，针对一实验研究。SMPMSM 驱动系统测试台架如图 2.6 所示。使用 DSPACE/DS1007 作为主控制器并为 MOSFET号，逆变器死区时间设置为 3μs。电机的转子位置信息流通过 LEM LA25-P 霍尔电流传感器测量，负载为一交流异步电机。直流侧电压为48V，控制系统的采样周期 d，q 轴的比例因子设置为 αd= αq= 1/ Ls= 1000，窗口
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 程建忠;车丽萍;;中国稀土资源开采现状及发展趋势[J];稀土;2010年02期
相关博士学位论文 前1条
1 杨建飞;永磁同步电机直接转矩控制系统若干关键问题研究[D];南京航空航天大学;2011年
相关硕士学位论文 前1条
1 龙明贵;永磁同步电机矢量控制分析[D];西南交通大学;2012年
本文编号：2885501
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