【摘要】：模型預(yù)測控制算法穩(wěn)定性強(qiáng),思想簡單,動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,容易處理非線性約束,被認(rèn)為是繼矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制之后電機(jī)控制領(lǐng)域的新一代高性能控制策略之一。本文在磁場定向控制中引入模型預(yù)測控制理論,對(duì)異步電機(jī)電流模型預(yù)測控制的控制原理、控制性能進(jìn)行了較為深入的研究,并利用仿真以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了控制策略的可行性和有效性。然后,基于模型預(yù)測的基本原理給出了預(yù)測控制的三個(gè)基本步驟;基于異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型和狀態(tài)方程建立旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流預(yù)測模型;基于磁場定向策略構(gòu)建電流模型預(yù)測控制的基本框架;針對(duì)異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈觀測,在電壓型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器中引入基于離散濾波器的改進(jìn)優(yōu)化措施,通過設(shè)置合適的截止頻率與補(bǔ)償措施,解決了積分飽和以及直流偏置問題,提高了預(yù)測控制磁鏈觀測的精度。此外,面向單步電流模型預(yù)測控制的控制過程,利用對(duì)電流未來軌跡線性擬合的方式以解決單步電流模型預(yù)測控制算法可能造成的發(fā)散、震蕩問題;針對(duì)電流預(yù)測控制中存在的一拍延時(shí)問題,提出了一拍延時(shí)補(bǔ)償策略,改善了一拍延時(shí)造成的不利影響;針對(duì)預(yù)測控制下平均開關(guān)頻率較高的問題,引入雙邊界圓限制策略以減小開關(guān)動(dòng)作次數(shù);針對(duì)低采樣頻率下電流預(yù)測控制中電流誤差較大問題,引入誤差預(yù)測策略,以將電流誤差維持在誤差限以下;針對(duì)預(yù)測控制采樣頻率高的問題,引入了雙矢量電流模型預(yù)測控制的思想。為驗(yàn)證電流模型預(yù)測控制的理論分析效果,搭建了 MATLAB模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證,仿真評(píng)估了電流模型預(yù)測控制下電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度、驗(yàn)證了電流模型預(yù)測理論基礎(chǔ)的正確性、檢驗(yàn)了誤差預(yù)測策略與一拍延時(shí)補(bǔ)償算法的控制性能、對(duì)比了單矢量預(yù)測控制與雙矢量預(yù)測控制的控制效果。同時(shí),文中搭建了異步電機(jī)電流模型預(yù)測控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的軟硬件平臺(tái),實(shí)驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了本文提出的電流模型預(yù)測控制策略的有效性。
[Abstract]:The model predictive control (MPC) algorithm is considered to be one of the new generation of high performance control strategies in the field of motor control after vector control and direct torque control because of its strong stability, simple thinking, fast dynamic response and easy handling of nonlinear constraints. In this paper, the theory of model predictive control is introduced in the field oriented control, and the control principle and control performance of current model predictive control for asynchronous motor are studied deeply. The feasibility and effectiveness of the control strategy are verified by simulation and experiments. Then, based on the basic principle of model prediction, three basic steps of predictive control are given, and the current prediction model in rotating coordinate system is established based on mathematical model and state equation of asynchronous motor. The basic framework of current model predictive control based on flux orientation strategy is constructed, and an improved optimization method based on discrete filter is introduced to the rotor flux observer for induction motor. By setting appropriate cutoff frequency and compensation measures, the problems of integral saturation and DC bias are solved, and the precision of flux observation in predictive control is improved. In addition, for the control process of single-step current model predictive control, the problem of divergence and oscillation caused by single-step current model predictive control algorithm is solved by linear fitting of the future current trajectory. Aiming at the problem of one-beat delay in current predictive control, the compensation strategy of one-beat delay is put forward to improve the adverse effect caused by one-beat delay, and the problem of high average switching frequency under predictive control is also proposed. Double boundary circle limiting strategy is introduced to reduce the number of switching operations, and the error prediction strategy is introduced to maintain the current error below the error limit in the current predictive control at low sampling frequency. To solve the problem of high sampling frequency of predictive control, the idea of double vector current model predictive control is introduced. In order to verify the theoretical analysis effect of current model predictive control, the MATLAB model is built to simulate and verify the dynamic response speed of the motor under the current model predictive control, and the correctness of the theoretical basis of current model prediction is verified. The control performance of error prediction strategy and one-beat delay compensation algorithm is tested, and the control effects of single-vector predictive control and double-vector predictive control are compared. At the same time, the hardware and software platform of the current model predictive control experiment system for asynchronous motor is built. The experimental results also verify the effectiveness of the proposed current model predictive control strategy.
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM343

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2254401