PMSM无差拍电流预测控制及电流静差消除方法研究

发布时间：2020-03-18 08:02

【摘要】：近年来,由于控制技术和永磁材料制造工艺的快速发展,永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,简称PMSM)因其结构简单、功率因数高、动态响应快等特点,在国防航空、医疗器械、机器人、汽车等领域得到广泛的应用,因此PMSM伺服控制系统的研究具有重要实用价值和意义。PMSM伺服控制系统通常包括位置环、速度控制环和电流控制环,其中电流控制环是整个控制系统的核心环,其控制性能直接决定系统的动态性能、静态性能以及控制精度。针对电流控制环为PID调节方式的PMSM控制系统,存在电流响应速度慢、转矩脉动大等缺点,本文对无差拍电流预测控制算法进行研究,并将该算法应用于PMSM伺服控制系统的电流环控制中。论文具体研究内容如下:本文首先介绍PMSM结构和分类、坐标变换理论以及PMSM矢量控制技术,为PMSM伺服控制系统仿真奠定基础;分析PMSM数学模型,推导考虑采样延迟的无差拍电流预测控制算法;在设计速度控制环为PI控制方式下,电流控制环控制方式分别为PI控制与无差拍电流预测控制两种方式,进行仿真对比分析,验证无差拍电流预测控制作为控制系统内环具有优良控制性能;然后考虑到无差拍电流预测控制算法是依据数学模型推导出来的控制算法,其控制精度取决于模型控制器参数的精准程度,控制器电机模型参数与电机实际参数不一致时会产生电流静差。为消除电流静差,提出一种基于扩展卡尔曼滤波(Extend Kalman Filter,简称EKF)的PMSM参数估算方法,该方法通过保证控制器电机模型参数同步跟随电机参数的估算值,最终消除电流静差;最后对PMSM伺服控制系统进行软件和硬件设计;硬件部分主要设计了电源电路、三相桥驱动电路、电流采样电路以及编码器电路;软件部分主要设计了主程序模块、速度控制环模块、电流控制环模块以及矢量控制技术(Space Vector Pulse Width Modulation,简称SVPWM)模块。综上,无差拍电流预测控制的研究能够提高PMSM伺服控制系统的静态性能和电流环动态性能,解决传统矢量控制输出转矩脉动大的难题;静差消除方法研究模型参数误差对控制系统电流静差的影响,并从根源上解决该类电流静差问题,进一步改善基于无差拍电流预测控制的PMSM伺服系统的静态性能。
【图文】：

波形,坐标系,转子结构,永磁体

（ａ）表贴式逦（ｂ）内置式＜．＞逡逑图２－１邋ＰＭＳＭ转子结构逡逑对于表贴式转子结构，由于其结构易于设计、低廉的制造成本和较小的转动惯量等逡逑特点，广泛应用于功率恒定、调速范围不宽的ＰＭＳＭ和ＢＬＤＭ中，表贴式转子结构中逡逑的永磁体结构容易实现最佳设计，并且电机的气隙磁通密度波形近似为正弦波，，电机的逡逑运行性能得到改善；内置式转子结构的转子磁路不对称，转子会产生较大磁阻转矩，并逡逑且电机功率密度变大，与表贴式转子结构对比，电机的动态性能得到明显改善，并且制逡逑造过程也相对简单，然而漏磁系数以及工艺制造费用明显高于表贴式转子结构。对于应逡逑用表贴式转子结构的电机，由于永磁体附着在转子铁芯的表面上，并且永磁材料的相对逡逑磁导率几乎等于１

转子结构,坐标系,坐标系变换,物理量

２．２．１邋Ｃｌａｒｋ邋变换逡逑Ｃｌａｒｋ变换是将一些物理量从三相坐标系变换到两相静止坐标系上，坐标系之间的逡逑关系，如图２－２所不。逡逑广逡逑图２－２各坐标系之间的关系逡逑－７－逡逑
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM341

【参考文献】