永磁同步电机多采样率模型预测控制研究

发布时间：2017-09-05 17:31

  本文关键词：永磁同步电机多采样率模型预测控制研究

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【摘要】：永磁同步电机具有结构简单、功率密度高、启动转矩大、控制方法简单、能耗小等优点,近年来在工业领域的到广泛应用。随着永磁同步电机的广泛运用,改善永磁同步电机的控制算法,提高永磁同步电机运行性能,具有重要意义。模型预测控制(MPC)是建立在对被控对象建模的基础之上的控制算法,因其考虑控制量对系统未来状态的影响,与传统PI控制相比,具有动态响应快、超调小等优点,近年来逐步开始应用于永磁同步电机控制领域,进一步深入的研究基于模型预测控制算法的永磁同步电机控制,具有重要的实际应用意义。论文首先介绍了永磁同步电机的发展概况及目前交流电机控制理论的研究现状,分别在三相静止坐标系、两相静止坐标系及同步旋转坐标系下建立永磁同步电机数学模型,研究了永磁同步电机矢量控制的原理及SVPWM基本原理,采取屯=0策略,在Matlab/Simulink中搭建了传统基于PI控制的双闭环永磁同步电机矢量控制仿真模型。其次,深入研究模型预测控制理论,以连续时不变线性系统为例,完成了离散时间的模型预测控制算法的理论推导,结合多采样率数字控制系统的基本概念,建立了连续时不变系统的输入多采样率数字控制系统下的空间状态模型,结合模型预测控制算法,建立了基于输入多采样率数字控制系统的模型预测控制的算法。再次,分别设计了永磁同步电机单采样率及多采样率单环模型预测控制算法,完成单采样率单环模型预测控制与PI控制、单采样率与多采样率单环模型预测控制仿真对比分析,仿真结果验证单环模型预测控制算法的有效性、可行性,且比PI控制有更好的控制效果；多采样率单环模型预测控制能够改善单采样率单环模型预测控制稳态运行时的控制效果。最后,完成了永磁同步电机实验平台的硬件设计,搭建了实验平台,进行了电机启动、加减载、调速实验,对单采样率与多采样率永磁同步电机单环模型预测控制算法有效性、可行性进行了实验验证。实验结果表明,单环模型预测控制具有比PI控制更好的转速控制性能,多采样率单环模型预测控制能够进一步提高单采样率单环模型预测控制的稳态控制性能。
【关键词】：永磁同步电机 模型预测控制 矢量控制 多采样率理论
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 永磁同步电机的发展概况与前景11-12
• 1.2 交流电机的控制理论12-15
• 1.2.1 基于交流电机稳态模型的恒压频比控制12
• 1.2.2 基于交流电机动态模型的矢量控制与直接转矩控制12-13
• 1.2.3 交流电机新型控制方法13-15
• 1.3 预测控制理论的发展与应用15-16
• 1.3.1 预测控制及其发展15-16
• 1.3.2 预测控制在交流电机系统应用16
• 1.4 多采样率控制理论的提出与研究现状16-18
• 1.4.1 多采样率控制理论的提出16-17
• 1.4.2 多采样率数字控制系统的研究发展概况17-18
• 1.5 本课题研究意义与研究内容18-20
• 第2章 永磁同步电机矢量控制系统20-32
• 2.1 永磁同步电机基本介绍20-22
• 2.1.1 永磁同步电机分类20-21
• 2.1.2 永磁同步电机建模基础21-22
• 2.2 永磁同步电机数学模型22-27
• 2.2.1 三相静止坐标系下数学模型22-23
• 2.2.2 两相静止坐标系下数学模型23-25
• 2.2.3 两相旋转坐标系下的数学模型25-27
• 2.3 永磁同步电机矢量控制策略27-31
• 2.3.1 矢量控制基本原理27-28
• 2.3.2 空间矢量调制原理28-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 基于多采样率理论的模型预测控制研究32-42
• 3.1 模型预测控制基本原理32-36
• 3.1.1 模型预测控制主要特征32-34
• 3.1.2 模型预测控制状态空间模型34-36
• 3.2 多采样率理论基本原理36-39
• 3.2.1 多采样率理论简介36-37
• 3.2.2 输入多采样率数字控制系统状态空间模型37-39
• 3.3 基于多采样率理论的模型预测控制39-41
• 3.3.1 简化输入多采样率数学控制系统状态空间描述39-40
• 3.3.2 简化输入多采样率系统模型预测控制40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 多采样率模型预测控制在永磁电机中的应用42-57
• 4.1 永磁同步电机模型预测控制研究现状42-43
• 4.2 PMSM单环模型预测控制43-48
• 4.2.1 单采样率永磁同步电机模型预测控制43-46
• 4.2.2 多采样率永磁同步电机模型预测控制46-48
• 4.3 仿真分析48-56
• 4.3.1 单采样率PMSM单环模型预测控制仿真48-53
• 4.3.2 多采样率PMSM单环模型预测控制仿真53-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第5章 PMSM硬件实验平台设计57-67
• 5.1 PMSM实验平台总体设计57
• 5.2 主电路设计57-59
• 5.2.1 交直机组参数57-58
• 5.2.2 三相整流桥设计58-59
• 5.2.3 三相逆变桥设计59
• 5.3 数据采集电路设计59-62
• 5.3.1 电流测量采集电路59-60
• 5.3.2 直流电压采集测量电路60-61
• 5.3.3 转速测量电路61-62
• 5.4 DSP控制电路设计62-65
• 5.4.1 DSP2812最小系统62-63
• 5.4.2 逻辑电平转换电路63-64
• 5.4.3 通讯接口电路64-65
• 5.5 功率驱动电路65-66
• 5.6 本章小结66-67
• 第6章 PMSM多采样率模型预测控制实验67-82
• 6.1 PMSM系统软件设计67-71
• 6.1.1 DSP2812软件开发环境67
• 6.1.2 主程序设计67-69
• 6.1.3 中断服务子程序设计69
• 6.1.4 模型预测控制程序设计69-71
• 6.2 单采样率MPC实验结果与分析71-76
• 6.2.1 空载启动实验71-72
• 6.2.2 加减载实验72-74
• 6.2.3 调速实验74-76
• 6.2.4 实验结果分析76
• 6.3 多采样率MPC实验结果与分析76-81
• 6.3.1 空载启动实验76-77
• 6.3.2 加减载实验77-79
• 6.3.3 调速实验79-81
• 6.3.4 实验结果分析81
• 6.4 本章小结81-82
• 总结与展望82-84
• 致谢84-85
• 参考文献85-89
• 附录Ⅰ89-90
• 攻读硕士期间发表的论文90

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