永磁同步电机的预测控制算法研究

发布时间：2017-04-23 23:05

  本文关键词：永磁同步电机的预测控制算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着永磁同步电机控制算法和DSP技术的不断发展,采用高性能控制策略的数字永磁同步电机伺服控制系统将成为发展的趋势。由于高性能永磁同步电机伺服系统需要有快速响应电流环以保证系统的高动态性能,而传统的PI控制器往往调节时间长,且易于出现超调和振荡等现象,难以满足高性能伺服系统应用场合的要求。虽然电流预测控制依赖精确数学模型,但是它能够实现高动态响应需求,因此深入研究预测控制在电机控制中运用,具有重要现实意义。本文首先介绍了永磁同步电机矢量控制的基本框架,包括了空间矢量、静止坐标系、和同步旋转坐标系下的数学模型、电磁转矩方程、运动方程和矢量控制技术以及SVPWM的实现方法,并在Simulink环境中对整个系统进行仿真实验。通过对永磁同步电机的数学模分析,设计了PI控制器参数,证明了PI控制器存在的快速与超调的内在矛盾。由于传统的预测控制存在的电流稳态误差问题,因此本文将引入扩展状态观测器,对扩展状态观测器的原理进行分析,设计并验证电流扩展状态观测器的有效性,为后面补偿算法提供理论基础。在同步旋转坐标系下,推导出永磁同步电机和电压型逆变器的预测数学模型。基于电机和逆变器的预测模型深入分析了控制器参数偏差对系统的稳态性能和电流稳态误差的影响,同时在一定工况条件下进行的仿真实验来说明这个问题。基于前面对永磁同步电机数字控制系统的深入研究,提出了一种消除电流稳态误差的补偿算法,在Simulink环境下进行带补偿算法预测模型仿真,仿真实验表明了在参数出现偏差的情况下,有很好的补偿效果。最后基于TMS320F2812 DSP控制器的永磁同步电机控制平台进行实验验证,从仿真和实验波形验证了本文提出的算法有效性。
【关键词】：预测控制 永磁同步电机 扩展状态观测器 矢量控制
【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】：TM341
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 课题研究的背景及意义11
• 1.2 国内外研究现状与分析11-17
• 1.2.1 滞环控制12
• 1.2.2 线性PI控制12-13
• 1.2.3 预测控制13-16
• 1.2.4 研究动向16-17
• 1.3 本课题的研究内容17-18
• 第二章 永磁同步电机数学模型和矢量控制18-31
• 2.1 永磁同步电机数学模型18-24
• 2.2 永磁同步电机矢量控制原理24-25
• 2.3 空间矢量调制25-29
• 2.3.1 SVPWM原理25-27
• 2.3.2 SVPWM的实现方法27-29
• 2.4 永磁同步电机矢量控制仿真实现29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 PI控制器设计和扩展状态观测器研究31-43
• 3.1 电流环控制器设计31-35
• 3.1.1 控制器设计要求31-34
• 3.1.2 仿真系统实现34-35
• 3.2 扩展状态观测器(ESO)35-41
• 3.2.1 电流环扩展状态观测器设计38-40
• 3.2.2 扩展状态观测器参数整定40-41
• 3.3 本章小结41-43
• 第四章 电流预测控制算法研究43-57
• 4.1 电流预测控制算法分析43-45
• 4.2 电流预测控制参数敏感性分析45-51
• 4.2.1 参数偏差45-48
• 4.2.2 参数敏感性仿真48-51
• 4.3 参数偏差补偿算法51-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第五章 永磁同步电机系统实验57-63
• 5.1 实验平台介绍57-58
• 5.2 软件系统及实验结果58-62
• 5.2.1 实验软件系统58-60
• 5.2.2 系统开环实验60-61
• 5.2.3 PI和预测控制实验分析61-62
• 5.3 本章小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-68
• 攻读学位期间发表的论文68-70
• 致谢70

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