车用永磁同步电机模型预测控制方法研究

发布时间：2020-04-07 23:34

【摘要】：随着新能源汽车的大力推广及其关键零部件技术的攻坚,高性能的永磁同步电机驱动技术研究至关重要。电动汽车用内置式永磁同步电机(IPMSM)驱动系统输出的转矩必须精确地跟随驾驶员需求转矩,同时快速响应复杂的行车工况。随着高性能控制技术的发展,模型预测控制方法近来在永磁同步电机的控制中得到了广泛的研究与应用。本论文针对车用永磁同步电机的模型预测控制方法展开了以下研究:首先,通过国内外专利和文献的查新工作,总结分析了国内外研究现状,具体分析了线性和非线性MPC、有限集控制和连续集控制的MPC在永磁同步电机控制方面的研究。根据永磁同步电机的结构特点,分析IPMSM的应用优势。基于定子静止坐标系和转子旋转坐标系建立IPMSM的数学模型;研究了IPMSM的最大转矩电流比控制(MTPA)、弱磁控制和传统的车用IPMSM矢量控制方法,为模型预测控制研究作重要的理论基础。接着,对基于直接电流的模型有限集模型预测控制(DCFCS-MPC)、基于直接转矩的模型有限集模型预测控制(DTFCS-MPC)和无差拍预测控制(ND-MPC)三类模型预测控制方法进行了理论研究,对其应用于车用IPMSM的控制进行模型设计;对比分析三种模型预测控制方法的控制效果。接着,研究开关频率优化的车用永磁同步电机单步预测控制的FCS-MPC,对开关矢量集合进行精简以减小成本函数评价过程的计算量,并提出了基于历史开关的开关矢量优选策略以满足开关频率约束,建模分析表明开关频率优化的可行性。随后,对于车用IPMSM中低速运行区,研究基于最大转矩电流比的DCFCS-MPC,推导确定交直轴电流的参考值,设计成本函数包含电流最小化目标和最大电流圆约束,并实现电流反馈校正的闭环控制。对于车用IPMSM高速运行区,研究基于弱磁的DTFCS-MPC,确定参考定子磁链幅值参考输入,设计成本函数包含转矩磁链最小化目标和最大转矩电压比约束。对两个区域的控制算法分段研究,并进行整合,仿真验证了所研究模型预测控制算法在车用IPMSM较宽速度范围进行连续控制的可行性。最后,设计基于模型预测控制的电机控制系统的硬件系统,根据所研究的算法设计软件流程及编程实现,通过基于EPT150电机测试台架对算法的可行性进行了试验验证。
【图文】：

图 2.13 基于传统矢量控制的 d 轴电流曲线Fig 2.13di curve of IPMSM by traditional vector control章小结

图 2.13 基于传统矢量控制的 d 轴电流曲线Fig 2.13di curve of IPMSM by traditional vector control章小结
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.7

【参考文献】

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本文编号：2618542