永磁同步电机伺服系统电流预测控制的研究

发布时间：2017-04-23 11:08

  本文关键词：永磁同步电机伺服系统电流预测控制的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：永磁同步电机(PMSM)伺服系统电流环的控制性能决定了整个伺服系统的品质。具有优良动态性能的预测控制使其成为高性能伺服系统电流控制策略的研究热点。与无差拍预测控制相比,由于直接预测控制不需要空间矢量脉宽调制(SVPWM),采用直接预测控制的电流环具有动态响应快,带宽高的优点。针对PMSM电流直接预测控制和无差拍预测控制,本文做了以下研究工作：在矢量控制架构下,基于PMSM电流预测控制数学模型,本文深入分析了PMSM电流环直接预测控制策略,推导出了使评价函数值最小的最优电压矢量表达式,对PMSM电流直接预测控制流程进行了详细阐述。为了克服传统直接预测控制中电流跟踪精度不高和系统参数失配时鲁棒性不强的问题,提出了引入积分控制作用的改进直接预测控制,推导了改进直接预测控制的d、q轴z域闭环传递函数,改进直接预测控制中的积分增益因子通过配置期望的系统闭环极点得到。讨论了直接预测控制中的采样时间和积分增益因子的选择问题。分析了无差拍预测电流控制策略并给出了其算法流程图和控制结构框图。基于Matlab/S imulink平台搭建了PMSM电流直接预测控制和无差拍预测控制的仿真模型。在电流、转速控制性能和模型参数失配时的鲁棒性两个方面对传统直接预测控制和改进直接预测控制做了对比仿真研究。在同一开关频率下对改进直接预测控制和无差拍预测控制的电流和转矩控制性能做了对比仿真研究。最后基于广州数控GS2000伺服驱动平台对直接预测控制和无差拍预测进行了对比实验验证。仿真和实验结果一致表明：引入积分控制后的改进直接预测控制提高了d、q轴电流跟踪精度,同时系统模型参数失配时的鲁棒性得到增强。同一开关频率下,与无差拍预测控制相比,改进直接预测控制下的电流环带宽更大,转矩响应更优。
【关键词】：永磁同步电机 改进直接预测控制 积分增益因子 无差拍预测控制 鲁棒性
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM921.541
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 课题研究背景及研究意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-20
• 1.2.1 PMSM伺服系统的发展概况14-17
• 1.2.2 PMSM电流环控制策略17-19
• 1.2.3 电流预测控制19-20
• 1.3 课题研究内容20-22
• 第二章 PMSM的数学模型及矢量控制22-35
• 2.1 PMSM的基本结构及其工作原理22-24
• 2.2 PMSM的数学模型24-29
• 2.2.1 三相静止坐标系下的数学模型24-26
• 2.2.2 两相坐标系下的数学模型26-29
• 2.3 PMSM矢量控制原理29-32
• 2.3.1 PMSM的动态解耦控制29-30
• 2.3.2 PMSM矢量控制系统30-32
• 2.4 空间矢量脉宽调制技术32-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 预测控制基本原理与PMSM预测模型35-44
• 3.1 预测控制算法的基本原理35-38
• 3.1.1 预测模型35-36
• 3.1.2 滚动优化36-37
• 3.1.3 反馈校正37-38
• 3.2 PMSM电流预测控制原理38-39
• 3.3 PMSM电流预测控制模型39-43
• 3.3.1 逆变器模型39-42
• 3.3.2 PMSM预测模型42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 PMSM电流预测控制的研究44-62
• 4.1 直接预测控制策略44-52
• 4.1.1 PMSM的直接预测控制45-47
• 4.1.2 最优控制电压矢量47-50
• 4.1.3 直接预测控制律50-52
• 4.2 改进型直接预测控制52-57
• 4.2.1 传统直接预测控制律分析52-54
• 4.2.2 引入积分控制的改进直接预测控制律54-57
• 4.3 直接预测控制参数的选取57-58
• 4.3.1 采样周期57
• 4.3.2 积分增益因子57-58
• 4.4 无差拍预测控制策略58-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第五章 PMSM电流预测控制的仿真研究62-72
• 5.1 传统直接预测控制与改进直接预测控制对比仿真62-67
• 5.1.1 控制频率与开关频率62-63
• 5.1.2 电流跟踪性能与相电流FFT频谱63-64
• 5.1.3 参数敏感性对比仿真64-67
• 5.2 积分增益因子对系统响应的影响67-69
• 5.2.1 电流响应对比仿真67-68
• 5.2.2 速度响应对比仿真68-69
• 5.3 改进直接预测控制与无差拍预测控制对比仿真69-71
• 5.3.1 相电流与转矩响应69-71
• 5.3.2 带宽性能对比仿真71
• 5.4 本章小结71-72
• 第六章 PMSM电流预测控制的实验研究72-80
• 6.1 实验平台简介72-73
• 6.2 传统直接预测控制与改进直接预测控制对比实验73-77
• 6.2.1 电流响应实验73-74
• 6.2.2 速度响应实验74-75
• 6.2.3 参数敏感性实验75-77
• 6.3 改进直接预测控制与无差拍预测控制对比实验77-79
• 6.3.1 相电流与转矩响应77-78
• 6.3.2 带宽性能对比实验78-79
• 6.4 本章小结79-80
• 总结与展望80-82
• 参考文献82-86
• 攻读硕士学位期间发表的论文86-88
• 致谢88

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