全速域永磁同步电机转矩预测控制

发布时间：2017-11-11 00:26

  本文关键词：全速域永磁同步电机转矩预测控制

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【摘要】：由于永磁同步电机具有效率高、功率密度大及重量轻等优点,已在很多需要高动态响应和宽调速范围的工业场合得到了广泛应用。对于由内埋式永磁同步电机驱动的电动汽车,在基速以下通常采用最大转矩电流比(MTPA)控制,以提高驱动系统的运行效率;而在基速以上采用弱磁(FW)控制,以拓宽电机运行速度范围。本文利用模型预测控制(MPC)在处理多变量复杂约束问题时的优越性,研究了全速域永磁同步电机转矩预测控制方法。首先,在研究传统永磁同步电机矢量控制(FOC)和直接转矩控制(DTC)系统的同时,详细介绍了新型高性能模型预测控制算法在内埋式永磁同步电机中的应用。电流预测控制(CPC)类似于矢量控制,专注于控制定子d、q轴电流,以预测控制器取代电流内环结构。转矩预测控制(TPC)直接控制电机转矩,但具有比直接转矩控制更优的动态性能。通过对比四种控制方法,并结合电动汽车运行特点和控制需求,探讨了适合于电动汽车的控制方法。其次,在对MTPA进行数学推导的基础上,给出了其数学意义和物理意义,对比分析了MTPA模式和id=0模式的控制性能。根据MTPA运行特点,对基于公式计算法的MTPA控制策略进行了仿真验证。重点研究了基于高频注入法的MTPA控制策略,包括:MTPA高频坐标系建立、最优MTPA角度提取;提出了基于转矩预测控制算法的MTPA控制策略,设计了MTPA预测控制器,提高了系统的动态性能,并对开关频率进行了约束限制。接着,从弱磁控制基本理论出发,考虑逆变器实际输出电压和电流限制,规划电机运行时的最优电流轨迹,研究了基于矢量算法的弱磁控制策略。承接基速以下内埋式永磁同步电机MTPA转矩预测控制方法,提出了基于转矩预测算法的弱磁控制策略,提高了电机基速以上的运行能力和控制灵活性。在分析电机弱磁运行特点基础上,根据不同的速度区域和约束条件设计出对应的价值函数,实现了内埋式永磁同步电机的全速域控制。最后,利用永磁同步电机实验平台对基于转矩预测算法的MTPA控制策略进行了实验分析,验证所述方法的可行性和有效性。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM341

【参考文献】

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本文编号：1169033