發(fā)布時間：2020-05-21 03:02

【摘要】：有限集模型預(yù)測控制(finite-control-set model predictive control,FCS-MPC)是永磁同步電機(permanent magnet synchronous machine,PMSM)控制的一種新方法,具有設(shè)計直觀、響應(yīng)快速、無需調(diào)制器、易于實現(xiàn)多目標協(xié)同和非線性控制等優(yōu)點,然而其控制性能依賴于系統(tǒng)模型的準確性,在模型失配時性能下降。同時,當(dāng)今電機系統(tǒng)對成本、效率、可靠性等要求不斷提高,在越來越多場合需要參數(shù)辨識和無位置傳感器運行,然而對FCS-MPC在PMSM控制中的大部分研究尚停留在電流和轉(zhuǎn)矩指令的跟隨上,對參數(shù)、位置進行估計時往往與有調(diào)制器的傳統(tǒng)方法直接組合,這樣一方面沒有充分發(fā)揮FCS-MPC的優(yōu)點,另一方面無調(diào)制器控制造成組合策略實現(xiàn)困難或者達不到原有的性能,此外還進一步凸顯運算量上的劣勢。對此,本文提出了一種預(yù)測誤差驅(qū)動的有限集模型預(yù)測控制策略(prediction-error-driven FCS-MPC,簡稱 PED-MPC),通過自適應(yīng)解決 FCS-MPC 依賴精確模型的問題。然后,基于PED-MPC解決PMSM不同應(yīng)用場景下的控制問題——參數(shù)未知或時變場合的自適應(yīng)抗擾電流控制,用于提高運行效率的參數(shù)辨識,以及無位置傳感器控制,由此形成PED-MPC在PMSM控制中的方法體系:一、對于FCS-MPC參數(shù)失配時性能下降的問題,提出預(yù)測誤差驅(qū)動的抗擾模型預(yù)測控制(D-MPC)和無參數(shù)模型預(yù)測控制(N-MPC)兩種解決方案。D-MPC將所有模型誤差折合為總電壓擾動進行整體穩(wěn)態(tài)補償,通過消除平均預(yù)測誤差來降低控制誤差;N-MPC以集總參數(shù)模型替代傳統(tǒng)電壓模型,無需了解實際電機參數(shù)即可實現(xiàn)接近精確參數(shù)下FCS-MPC的電流控制性能。二、提出基于PED-MPC的PMSM二參數(shù)和三參數(shù)辨識法,對電感和永磁體磁鏈進行在線估計,使最大轉(zhuǎn)矩電流比和弱磁控制模型得到優(yōu)化,提高了 PMSM運行效率以及相同電壓電流限幅下的最大速度。同時提出的離散開關(guān)控制下的死區(qū)補償和旋轉(zhuǎn)變換延時補償策略,有效提高了辨識精度。三、針對FCS-MPC無調(diào)制器離散開關(guān)直接控制的特點,對參數(shù)已知和未知場合分別提出相應(yīng)的PMSM全速度范圍無位置傳感器控制策略。對于參數(shù)已知場合,提出了分別基于d軸和q軸電流預(yù)測誤差的d-PED法和q-PED法,分別從反電勢激勵和離散開關(guān)控制固有激勵中提取信息驅(qū)動位置估計,兩者組合實現(xiàn)了包括零速在內(nèi)的全速度范圍位置估計,與有調(diào)制器的傳統(tǒng)方法相比,達到相同精度所需注入信號少、電流紋波和噪聲小、抗擾能力強、無需復(fù)雜濾波器設(shè)計。對于參數(shù)未知場合,在q-PED基礎(chǔ)上進一步提出q-NPED法,實現(xiàn)了無需參數(shù)且無需高低速方法切換的全速度范圍位置估計。與傳統(tǒng)預(yù)測控制策略不同,各PED-MPC方法利用模型信息進行預(yù)測和控制決策,并利用預(yù)測誤差驅(qū)動模型更新,實現(xiàn)控制和模型辨識過程的有機結(jié)合。在模型更新過程中,PED-MPC能借助離散開關(guān)控制為辨識和估計過程提供有效激勵,無需額外注入而保證辨識精度。通過理論分析、仿真和硬件實驗分別對各PED-MPC方法進行了分析和驗證,并設(shè)計了對照實驗與傳統(tǒng)方法以及其他文獻中的典型方法進行比較,實驗結(jié)果論證了方法的有效性、特點和優(yōu)勢。
【圖文】：

一評估的方法實現(xiàn)優(yōu)化控制：首先根據(jù)系統(tǒng)模型預(yù)測有限控制集合中每個控制量（或控制逡逑量的組合）在未來一個或多個控制周期作用下受控變量的變化，然后根據(jù)反映控制目標的逡逑代價函數(shù)計算出最優(yōu)的一個（或一組）控制量，作用于下一控制周期。圖１．１為ＦＣＳ－ＭＰＣ逡逑原理示意圖，控制目標為使受控變量ｘ跟蹤參考值／，對ＪＣ可施加的控制全集為丨控制１，控逡逑制２，控制３｝。每個采樣時刻均預(yù)測每種控制動作下；ｃ的變化，選出能使｜；ｒ－／｜取最小值的控逡逑制量作為下一周期實際控制輸出，，從而實現(xiàn)了目標跟蹤。逡逑Ｉ邐Ｉ邐Ｉ逡逑Ｍ邋－－－－－參考值，逡逑＋邋Ｘ實際軌跡邐Ｌ邐逡逑采用非最優(yōu)控制量邐＾逡逑Ｉ邐Ｉ邐重逡逑ｋ－１邐ｋ邐ｋ＋１邐？？？逡逑控制周期逡逑圖１．１邋ＦＣＳ－ＭＰＣ受控變量跟蹤參考值控制示意圖逡逑ＦＣＳ－ＭＰＣ在電力電子和電力傳動領(lǐng)域各種控制方法中所處的分類如圖１．２所示。相比逡逑其他控制方法，ＦＣＳ－ＭＰＣ具有概念簡單直觀［３（）］、容易實現(xiàn)非線性目標及多目標協(xié)同［３９］、逡逑動態(tài)性能好［４＜３］等優(yōu)點。而ＦＣＳ－ＭＰＣ區(qū)別于其他預(yù)測控制的主要特點是，其控制集合的元逡逑素為有限個，即控制輸出只能為有限種，例如，三相兩電平逆變器允許有８種電壓矢量，逡逑ＦＣＳ－ＭＰＣ對應(yīng)的控制輸出就只有８種開關(guān)組合

逑第２章ＦＣＳ－ＭＰＣ基本方法及其在ＰＭＳＭ控制中的應(yīng)用逡逑ＰＭＳＭ變頻調(diào)速系統(tǒng)中，常用電壓源型逆變器給電機供電。其中如圖２．１的三相兩電平逡逑結(jié)構(gòu)是最基礎(chǔ)也是應(yīng)用最廣泛的一種。由于其具有典型性，本文均以圖２．１拓撲結(jié)構(gòu)的電逡逑機驅(qū)動系統(tǒng)為研究對象。本章從ＰＭＳＭ和逆變器的數(shù)學(xué)模型入手，介紹和分析ＦＣＳ－ＭＰＣ逡逑的基本算法，并設(shè)計比較實驗，與普遍采用的兩種經(jīng)典控制器——ＰＩ控制器和滯環(huán)控制器逡逑進行對比研究，以體現(xiàn)ＦＣＳ－ＭＰＣ控制的特點，并作為后續(xù)章節(jié)的理論基礎(chǔ)。逡逑Ｉ邐Ｉ邐ＰＭＳＭ逡逑一二？」逡逑逆變器逡逑圖２．１三相兩電平逆變器與ＰＭＳＭ逡逑２．１邋ＰＭＳＭ的數(shù)學(xué)模型逡逑ＰＭＳＭ主要由三相定子繞組、轉(zhuǎn)子永磁體和轉(zhuǎn)子鐵芯組成。根據(jù)轉(zhuǎn)子永磁體安裝方式逡逑不同，可以分為永磁體表貼式的ＳＰＭＳＭ和內(nèi)置式的ＩＰＭＳＭ，其剖面圖如圖２．２。逡逑（ａ）永磁體表貼式的ＳＰＭＳＭ邐（ｂ）永磁體內(nèi)置式的ＩＰＭＳＭ逡逑圖２．邋２邋ＰＭＳＭ定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖逡逑ＰＭＳＭ通過定子電流產(chǎn)生的磁場和轉(zhuǎn)子永磁體磁場的相互作用產(chǎn)生力矩，因此對逡逑ＰＭＳＭ的運動控制，實際上就是對定子電流進行控制，通常采用定子端電壓對其進行控制。逡逑１３逡逑
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM341

【參考文獻】

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1 孟高軍;余海濤;黃磊;酒晨霄;趙東東;;一種基于線電感變化特征的永磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置檢測新方法[J];電工技術(shù)學(xué)報;2015年20期

2 季畫;王爽;黃蘇融;;永磁同步電機轉(zhuǎn)動慣量的自適應(yīng)辨識方法研究[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2015年S1期

3 華回春;賈秀芳;曹東升;趙成勇;;系統(tǒng)諧波阻抗估計的極大似然估計方法[J];中國電機工程學(xué)報;2014年10期

4 王高林;李卓敏;詹瀚林;李鐵鏈;李剛;徐殿國;;考慮逆變器非線性的內(nèi)置式永磁同步電機轉(zhuǎn)子位置鎖相環(huán)觀測器[J];電工技術(shù)學(xué)報;2014年03期

5 高志強;;自抗擾控制思想探究[J];控制理論與應(yīng)用;2013年12期

6 李毅拓;陸海峰;瞿文龍;盛爽;;一種新穎的永磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置檢測方法[J];中國電機工程學(xué)報;2013年03期

7 劉穎;周波;馮瑛;趙承亮;;基于脈振高頻電流注入SPMSM低速無位置傳感器控制[J];電工技術(shù)學(xué)報;2012年07期

8 梁驕雁;胡育文;魯文其;;永磁交流伺服系統(tǒng)的抗擾動自適應(yīng)控制[J];電工技術(shù)學(xué)報;2011年10期

9 王少威;萬山明;周理兵;黃聲華;;利用蟻群算法辨識PMSM伺服系統(tǒng)負載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動慣量[J];電工技術(shù)學(xué)報;2011年06期

10 張虎;李正熙;童朝南;;基于遞推最小二乘算法的感應(yīng)電動機參數(shù)離線辨識[J];中國電機工程學(xué)報;2011年18期

本文編號：2673625