电动汽车永磁同步电机模型预测控制技术研究

发布时间：2022-12-07 21:44

　　永磁同步电机具有高效率、高功率密度等优点,在汽车工业中常用作电动汽车的牵引电动机。考虑到永磁同步电机驱动系统是一个多变量、非线性、强耦合的系统,对参数和干扰极为敏感,同时,在电动汽车电机驱动系统中具有高电压、大电流的特点,这些关系到整车安全的约束条件必须得到明确的强制执行。而电动汽车驱动系统新兴的要求是在满足系统约束的情况下实现快速动态响应和提供较高的稳态控制精度。模型预测控制在学术界和工业领域取得了巨大的成功,一直作为研究的热点,其显著的优点是它能够在解决最优控制问题时系统地考虑约束,从而允许控制过程在所允许的极限下运行。为此,本文围绕着将模型预测控制理论应用到电动汽车驱动系统开展研究,主要研究永磁同步电机的电流控制和转速控制问题,分别设计了相应的模型预测控制算法,涉及到建模及线性化、电机参数辨识、扰动观测器设计、负载转矩估计,以及实施模型预测控制所涉及的数值优化方法等方面内容。归纳总结了模型预测控制理论在交流传动领域应用的设计要点,分析了内置式永磁同步电机电流控制问题中的参数敏感性,为了给模型预测算法提供精准的数学模型,并结合所构造的预测模型的特点,引入在线辨识算法对敏感参数进行在... 

【文章页数】：149 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 永磁同步电机控制技术的研究现状
        1.2.1 永磁同步电机经典控制方法
        1.2.2 现代控制理论在永磁同步电机控制系统中的应用
    1.3 永磁同步电机预测控制概述
    1.4 永磁同步电机参数辨识技术概述
    1.5 本文研究的主要内容
第2章 基于CCS-MPC的预测电流控制策略
    2.1 引言
    2.2 永磁同步电机的动态模型
    2.3 永磁同步电机控制器传统设计方法
    2.4 永磁同步电机MPC设计方法
        2.4.1 MPC基本理论
        2.4.2 预测模型的设计
        2.4.3 约束条件
        2.4.4 代价函数的设计
        2.4.5 最优化问题的求解
    2.5 显式模型预测控制
    2.6 本章小结
第3章 基于参数辨识的显式模型预测控制算法
    3.1 引言
    3.2 IPMSM的参数敏感性
    3.3 IPMSM的电流模型预测控算法
        3.3.1 控制模型描述
        3.3.2 约束条件处理
        3.3.3 EMPC控制器综合
    3.4 永磁同步电机参数辨识算法
        3.4.1 递推最小二乘法原理
        3.4.2 电感辨识模型设计
    3.5 基于参数辨识的电流模型预测控制仿真及实验结果分析
        3.5.1 仿真结果
        3.5.2 实验结果
    3.6 本章小结
第4章 无稳态误差的模型预测电流控制算法
    4.1 引言
    4.2 线性预测模型的建立
    4.3 自适应扰动观测器设计
        4.3.1 稳态观测器设计
        4.3.2 自适应算法设计
    4.4 线性无稳态误差模型预测控制器实现
        4.4.1 约束条件的线性描述
        4.4.2 EMPC控制器实现
    4.5 无稳态误差和稳定性证明
    4.6 无稳态误差模型预测控制策略的仿真和实验研究
        4.6.1 无稳态误差模型预测控制策略的仿真结果分析
        4.6.2 无稳态误差模型预测控制策略的实验结果分析
    4.7 本章小结
第5章 采用LPV-MPC的 IPMSM转速控制器设计
    5.1 引言
    5.2 系统运动方程建模
    5.3 经典的PMSM调速系统的MPC设计
        5.3.1 驱动模型线性化
        5.3.2 MPC设计
        5.3.3 约束条件的线性描述
    5.4 LPV-MPC转速控制器设计
        5.4.1 参考电流生成策略
        5.4.2 转速的增量式线性预测模型
        5.4.3 增量约束条件描述
        5.4.4 线性变参数MPC的约束优化问题
    5.5 负载转矩观测器设计
    5.6 LPV-MPC预测控制算法仿真及实验
        5.6.1 转速环LPV-MPC仿真结果
        5.6.2 LPV-MPC参数鲁棒性仿真结果
        5.6.3 抗负载扰动实验结果
        5.6.4 LPV-MPC调速性能对比实验结果
    5.7 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]永磁同步电机调速系统H∞鲁棒控制[J]. 侯利民,申鹤松,阎馨,刘宇.  电工技术学报. 2019(07)
[2]内置式永磁同步电机无位置传感器自适应集总电动势模型预测控制[J]. 陈卓易,邱建琪,金孟加.  电工技术学报. 2018(24)
[3]永磁同步电机在线参数辨识方法研究[J]. 石建飞,戈宝军,吕艳玲,韩继超.  电机与控制学报. 2018(03)
[4]永磁同步电机的自抗扰控制调速策略[J]. 周凯,孙彦成,王旭东,闫达.  电机与控制学报. 2018(02)
[5]基于反推控制的机械弹性储能永磁同步电机最大转矩电流比控制[J]. 余洋,郭旭东,郑晓明,米增强.  电工技术学报. 2017(22)
[6]考虑磁路饱和的IPMSM电感辨识算法及变参数MTPA控制策略[J]. 李峰,夏超英.  电工技术学报. 2017(11)
[7]考虑逆变器非线性因素的表贴式永磁同步电机参数辨识[J]. 史婷娜,刘华,陈炜,耿强.  电工技术学报. 2017(07)
[8]针对时变输入的永磁同步电机改进型自抗扰控制器[J]. 左月飞,张捷,刘闯,张涛.  电工技术学报. 2017(02)
[9]结合开关表的三电平逆变器永磁同步电机模型预测转矩控制[J]. 夏长亮,张天一,周湛清,张国政,史婷娜.  电工技术学报. 2016(20)
[10]基于递推最小二乘法的永磁伺服系统参数辨识[J]. 荀倩,王培良,李祖欣,蔡志端,秦海鸿.  电工技术学报. 2016(17)

博士论文
[1]基于预测控制的电动汽车用永磁同步电机控制策略与关键技术研究[D]. 刘旭东.山东大学 2016
[2]混合动力汽车永磁同步电机电流滑模控制的研究[D]. 金宁治.哈尔滨理工大学 2012
[3]永磁同步电机直接转矩控制系统若干关键问题研究[D]. 杨建飞.南京航空航天大学 2011



本文编号：3712910