基于扰动观测的永磁同步电机电流预测控制研究

发布时间：2017-08-03 11:33

  本文关键词：基于扰动观测的永磁同步电机电流预测控制研究

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【摘要】：在交流传动伺服系统中,永磁同步电机的诸多优点使其成为高精度工业控制场合首选电机及近年来研究的重点。由于电流环决定了交流伺服系统的暂态和稳态性能,因此具有优良暂态性能的电流预测控制成为了伺服系统的研究热点。永磁同步电机的电流预测控制在具有优良动态性能的同时,具有控制精度依赖准确参数模型和控制开环存在稳态电流误差的缺点。本文首先基于永磁同步电机的电压方程及逆变器的数学模型,简单阐述PWM预测控制原理。通过理论分析推导出PWM预测控制的稳定条件,并指出控制器采用的电机参数与电机真实值的偏差是造成稳态电流误差的原因。仿真显示PWM预测控制中电感偏差、电阻偏差和永磁体磁链偏差均会导致电流静差,而且电感偏差会导致电流振荡,从而验证了理论分析的正确性。针对PWM预测控制中参数偏差造成的电流震荡及电流静差的缺陷,本文构建两种不同的状态观测器来观测伺服系统中的参数误差及参数扰动。首先,构建了较为常用的伦伯格观测器来观测系统扰动,并通过极点配置分析了观测器的稳定性。然后,构建了在具有参数扰动、外部扰动和传感器噪声的系统中拥有优良性能的扩张状态观测器来观测系统扰动,并推导出观测器的稳定条件。最后,比较了两种扰动观测器的优缺点。扰动观测器的提出使得基于扰动观测并补偿的永磁同步电机电流预测控制成为了可能。根据两种扰动观测器对系统扰动定义的不同,本文构建了两种不同的基于扰动观测的电流预测控制算法,即基于伦伯格扰动观测的电流预测控制和基于ESO扰动观测的电流预测控制。本文理论分析了所提出算法的稳定性,证明了算法的鲁棒性得以提高,并通过仿真验证了两种算法均能快速观测出系统扰动。系统扰动的实时补偿避免了参数偏差及参数扰动造成的稳态电流误差。最后,总结并比较了两种基于扰动观测的电流预测控制算法的各自特点。最后,介绍了DSP的永磁同步电机实验平台,并对两种基于扰动观测的电流预测控制分别进行了实物实验。仿真分析和实验结果,验证了本文算法的有效性。
【关键词】：永磁同步电机 电流预测控制 伦伯格观测器 扩张状态观测器 鲁棒性
【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 课题背景及研究的目的和意义8-9
• 1.2 永磁同步电机控制策略的国内外发展现状与趋势9-17
• 1.2.1 永磁同步电机电流环控制方法10-11
• 1.2.2 电流预测控制11-14
• 1.2.3 电流预测控制存在的问题及解决方案14-17
• 1.3 本文的主要研究内容17-19
• 第2章 永磁同步电机数学模型及电流预测控制19-27
• 2.1 永磁同步电机电流预测模型19-23
• 2.1.1 电机电压方程及空间矢量坐标变换19-21
• 2.1.2 电机电流预测模型21-23
• 2.2 PWM预测控制原理23-26
• 2.2.1 三相逆变器及空间电压矢量23-24
• 2.2.2 空间矢量调制24-25
• 2.2.3 PWM预测控制原理25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第3章 永磁同步电机扰动观测器设计27-45
• 3.1 PWM预测控制参数扰动敏感性分析及仿真27-34
• 3.1.1 算法稳定性分析28-30
• 3.1.2 算法稳态分析30-33
• 3.1.3 参数扰动影响33-34
• 3.2 伦伯格扰动观测器设计34-39
• 3.2.1 伦伯格扰动观测器设计35-37
• 3.2.2 稳定性分析37-39
• 3.3 扩张状态扰动观测器设计39-44
• 3.3.1 扩张状态扰动观测器设计41-42
• 3.3.2 稳定性分析42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 基于扰动观测的永磁同步电机电流预测控制45-60
• 4.1 基于伦伯格扰动观测的电流预测控制45-51
• 4.1.1 基于伦伯格扰动观测的电流预测控制算法45-46
• 4.1.2 算法仿真46-51
• 4.2 基于ESO扰动观测的电流预测控制51-58
• 4.2.1 基于ESO扰动观测的电流预测控制算法51-52
• 4.2.2 算法稳定性分析52-54
• 4.2.3 算法仿真54-58
• 4.3 两种改进电流预测算法的比较58-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 PMSM矢量控制系统的设计及实物实验60-67
• 5.1 实验平台介绍60-62
• 5.2 算法实验验证62-66
• 5.2.1 基于伦伯格扰动观测的电流预测控制62-65
• 5.2.2 基于ESO扰动观测的电流预测控制65-66
• 5.3 本章小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果73-75
• 致谢75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 李永东;;脉宽调制(PWM)技术——回顾、现状及展望[J];电气传动;1996年03期

2 王伟华;肖曦;丁有爽;;永磁同步电机改进电流预测控制[J];电工技术学报;2013年03期

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4 牛里;杨明;刘可述;徐殿国;;永磁同步电机电流预测控制算法[J];中国电机工程学报;2012年06期

5 牛里;杨明;王庚;徐殿国;;基于无差拍控制的永磁同步电机鲁棒电流控制算法研究[J];中国电机工程学报;2013年15期

6 王庚;杨明;牛里;贵献国;徐殿国;;永磁同步电机电流预测控制电流静差消除算法[J];中国电机工程学报;2015年10期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 王庚;永磁交流伺服系统电流预测控制及其电流静差消除算法[D];哈尔滨工业大学;2014年

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本文编号：614200