永磁同步电机准Z源驱动器直流侧电压控制的研究

发布时间：2017-09-08 00:23

  本文关键词：永磁同步电机准Z源驱动器直流侧电压控制的研究

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【摘要】：在由直流电源和电压型逆变器构成的永磁同步电机控制系统中,其母线电压固定不可调。在复杂的工况下,直流链电压会出现频繁的波动,影响系统的稳定性和控制性能。为解决这一问题,通常的做法是在直流输入电源和逆变器之间加入DC-DC变换器,使得直流链电压保持恒定。准Z源逆变器作为一种新型变换器,能够同时对直流链电压和交流相电压进行调制,为解决上述问题提供新途径。本文主要研究应用于永磁同步电机驱动的准Z源逆变器建模与控制相关问题。准Z源逆变器属于非线性时变电路,本文采用状态空间平均法推导了改进型空间电压矢量调制(MSVPWM)方法下的静态工作点和小信号线性模型,并且通过与电路仿真模型的对比,验证了小信号线性模型的正确性。基于此模型,进一步分析了几种典型的电路参数和控制参数对准Z源逆变器系统动态特性的影响。为提高直流链电压动态特性,以准Z源逆变器数学模型为基础,设计了直流链电压闭环系统。控制系统采用直流链电压外环和电感电流内环的双闭环结构。电流内环用以提高响应速度,电压外环使得实际输出电压跟随给定值。在反馈控制基础上,加入了电机功率前馈控制策略,解决在电动汽车等负载工况频繁变化时对直流链电压的影响问题。实验结果证明,采用的双闭环反馈控制结构的电压闭环系统有良好的稳定性和暂态响应,而功率前馈策略有效的补偿了功率变化对直流链电压的影响。电机的转速范围受到直流链电压的限制,为了拓宽转速,通常的做法是采取弱磁扩速的方法。但弱磁控制需要加入直轴去磁电流,增加了电机的铜损,降低了驱动系统的效率。电机制动时,再生制动能量会抬高VSI的直流链电压,在电压超过预设阈值时,常见的措施是采用制动电阻来消耗这部分能量,造成了能量的浪费。本文利用准Z源逆变器来解决上述问题:在转速指令超出电压极限的情况下,采用升压的方法来拓展电机的转速输出范围;在制动工况下通过控制直流链电压或者充电电流,将制动能量回收到直流电源,保护主电路。仿真和实验结果验证了所述控制方法的有效性和可行性。
【关键词】：准Z源逆变器 小信号模型 功率前馈控制 再生制动 升压扩速
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-19
• 1.1 课题背景和意义8-9
• 1.2 准Z源逆变器研究现状9-18
• 1.2.1 准Z源逆变器小信号建模研究现状11-12
• 1.2.2 准Z源逆变器控制研究现状12-15
• 1.2.3 准Z源逆变器应用研究现状15-18
• 1.3 本文主要研究内容18-19
• 第2章 准Z源逆变器小信号模型19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 准Z源逆变器小信号建模19-25
• 2.2.1 静态模型23-24
• 2.2.2 小信号线性模型24-25
• 2.3 小信号线性模型分析25-30
• 2.3.1 模型对比验证25-26
• 2.3.2 动态特性分析26-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 电机驱动闭环控制系统设计31-47
• 3.1 引言31
• 3.2 MSVPWM调制方式31-34
• 3.3 电机转速和电流闭环调节器设计34-40
• 3.3.1 电流调节器设计34-37
• 3.3.2 转速调节器设计37-38
• 3.3.3 转矩控制实验38-40
• 3.4 直流链电压闭环调节器设计40-46
• 3.4.1 反馈控制41-42
• 3.4.2 复合控制42-45
• 3.4.3 直流链电压控制实验45-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 q-ZSI能量制动回馈和升压扩速控制方法47-63
• 4.1 引言47
• 4.2 q-ZSI能量制动回馈控制47-54
• 4.2.1 制动能流分析47-48
• 4.2.2 输入电流控制48-49
• 4.2.3 恒直流链电压控制49-50
• 4.2.4 q-ZSI能量制动回馈仿真和实验50-54
• 4.3 q-ZSI升压扩速控制54-62
• 4.3.1 VSI输出极限分析与弱磁控制54-55
• 4.3.2 q-ZSI间接与直接升压扩速控制55-57
• 4.3.3 q-ZSI升压扩速仿真和实验57-62
• 4.4 本章小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果69-71
• 致谢71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 丁新平;钱照明;崔彬;彭方正;;基于模糊PID的Z源逆变器直流链升压电路控制[J];中国电机工程学报;2008年24期

2 张旭辉;温旭辉;赵峰;;电机控制器直流侧前置Buck/Boost双向变换器的母线电容电流控制策略研究[J];中国电机工程学报;2012年30期

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本文编号：810787