永磁同步电机模型预测控制研究

发布时间：2017-11-24 16:31

  本文关键词：永磁同步电机模型预测控制研究

  更多相关文章： 永磁同步电机 模型预测控制 分数阶积分 滑模控制 干扰观测器

【摘要】：永磁同步电机的控制一般选用常规PI控制器,但是常规控制器很难适应复杂的控制需求,而且控制效果易受到参数变化的影响。为了提高电机的效率而选择由工程应用上发展而来的模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)算法,模型预测控制算法对模型参数的精度没有太大的依赖性,而且该算法是考虑到了过去的状态信息以及控制量对未来状态的影响,所取的最优值,是具有很好控制性能的算法。但是模型预测控制存在计算量大的缺点,这制约了其在运动控制系统中的应用,因此要寻找相关的办法克服这一缺点,使其能更好的应用于运动控制系统。所以本文首先考虑如何减小算法的计算量,再加入鲁棒性好的分数阶积分和滑模控制做相应的补偿。综上,为了使永磁同步电机控制系统获得更好的性能,提出了改进的模型预测控制算法。本文的控制方案主要包括三个部分：(1)针对如何减小模型预测控制算法的计算量,首先只将模型预测控制算法应用于永磁同步电机的电流环控制,并且选取的预测模型是电机电流环固定的离散状态方程,而不选择在每一周期内在线辨识。接下来,对数学模型进行简化,去掉耦合和干扰项使之成为线性系统。这样就大大减少计算量,也并没有过多影响到模型预测控制算法的优点,但是对控制系统的精度和鲁棒性还是会有不良的影响。(2)针对预测模型精度不高而造成的模型失配问题,选取鲁棒性好的分数阶积分补偿系统误差,并根据误差的变化情况来决定是否加入积分环节,当误差为零或者是误差有减小的趋势时可以去掉积分环节的作用,当误差有增大趋势时则加入积分环节的作用。这样就提高了电流环的控制精度以及系统的鲁棒性。(3)针对由于只在永磁同步电机的电流环控制中使用了模型预测控制算法,所以为了提高永磁同步电机控制系统的性能,速度环也需采用能提高系统鲁棒性且不会有复杂计算的控制策略,所以选用滑模变结构控制这一算法作为永磁同步电机速度环的控制方法。而滑模变结构控制的抖振问题是需要解决的,本文采用积分型Terminal滑模变结构控制能保证给定速度无静差跟踪,以及有限时间内收敛至平衡点,再加入干扰观测器与专家控制的思想,使滑模变结构控制的控制律降低并且可调,从而减小抖振问题。这样就能满足速度环控制的需求。这样改进模型预测控制算法应用于永磁同步电机控制系统中,通过Matlab/Simulink仿真,仿真结果表明该控制方法在降低了模型预测控制算法计算量的情况下,保留了其控制的优点,比常规的PI控制有更好的鲁棒性、响应速度和控制精度。而且模型预测控制来源于工程实践,所以可以更好的应用于实际中。
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273;TM341

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本文编号：1222922