【摘要】：永磁同步電機(jī)由于功率密度較高,近年來在混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車、電力推進(jìn)船舶、電氣化飛機(jī)等行業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛。但相較于異步電機(jī)和電勵(lì)磁同步電機(jī),永磁同步電機(jī)的阻尼較小,抗擾動(dòng)性能較差,更易受到外界的擾動(dòng)而發(fā)生電磁振蕩,在電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定,但目前為止,大多數(shù)電流控制器的設(shè)計(jì)過程只關(guān)注電流環(huán)的指令跟蹤能力,對(duì)電流環(huán)的抗擾動(dòng)能力關(guān)注較少。為了同時(shí)提高電流環(huán)的指令跟蹤能力和抗擾動(dòng)能力,設(shè)計(jì)出更高性能的電流控制器,首先對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行了建模。在連續(xù)域分別使用復(fù)矢量方法和狀態(tài)空間方法建立了表貼式和內(nèi)置式永磁同步電機(jī)的考慮系統(tǒng)延時(shí)的電機(jī)模型;考慮靜止軸系下逆變器的零階保持作用和數(shù)字信號(hào)處理器的一階運(yùn)算延時(shí),在離散域分別推導(dǎo)了表貼式和內(nèi)置式永磁同步電機(jī)的零階保持離散化模型;分別使用特征根法和轉(zhuǎn)矩系數(shù)法分析了永磁同步電機(jī)的阻尼特性。在回顧了兩種處理耦合方法的基礎(chǔ)上,在電流環(huán)中引入了主動(dòng)電阻,并詳細(xì)分析了電流環(huán)中存在的各種延時(shí)及其對(duì)電流環(huán)的影響,設(shè)計(jì)了兩種分別基于改進(jìn)PI和純積分型的電流控制器,降低了含主動(dòng)電阻的電流控制器對(duì)延時(shí)的敏感性,尤其是純積分型的電流控制器,有效抑制了延時(shí)引起的電流環(huán)振蕩。將電流環(huán)的主動(dòng)電阻概念擴(kuò)展到主動(dòng)阻抗,設(shè)計(jì)了基于主動(dòng)阻抗的電流環(huán)控制策略,使用Pade近似方法補(bǔ)償了系統(tǒng)延時(shí)對(duì)電流環(huán)的影響,并分析了系統(tǒng)的穩(wěn)定邊界,給出了控制參數(shù)的穩(wěn)定取值范圍,改善了主動(dòng)電阻方法中由系統(tǒng)延時(shí)和過大的主動(dòng)電阻引起的電磁振蕩。將主動(dòng)電阻方法從連續(xù)域拓展到離散域,針對(duì)表貼式永磁同步電機(jī)在離散域的分析結(jié)果明確地指出,主動(dòng)電阻的取值有一個(gè)確定的上限,而且這個(gè)上限只與電機(jī)的時(shí)間常數(shù)和控制器的采樣周期有關(guān)。然后在離散域根據(jù)復(fù)矢量設(shè)計(jì)原理和零極點(diǎn)對(duì)消方法設(shè)計(jì)了一個(gè)新的電流控制器,可以達(dá)到更高的指令跟蹤響應(yīng)和抗擾動(dòng)響應(yīng),并在給定電感參數(shù)誤差的情況下對(duì)所設(shè)計(jì)的電流控制器進(jìn)行了快速性和魯棒性的折衷。該系統(tǒng)具有一定的理論價(jià)值和工程應(yīng)用價(jià)值。從理論的角度指出,主動(dòng)電阻本質(zhì)上是電流控制器的第二個(gè)自由度,然后從兩自由度控制器的角度進(jìn)行電流控制器的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)零極點(diǎn)在z平面的任意配置,改善了表貼式同步電機(jī)電流環(huán)的指令跟蹤能力和抗擾動(dòng)能力。針對(duì)表貼式同步電機(jī)的參數(shù)不準(zhǔn)問題,利用投影算法設(shè)計(jì)了一個(gè)自適應(yīng)調(diào)節(jié)算法,分析了自適應(yīng)參數(shù)算法的零極點(diǎn),并用離散Lyapunov函數(shù)方法證明了自適應(yīng)參數(shù)算法的穩(wěn)定性和參數(shù)取值范圍,有效改善了電流環(huán)在初始電機(jī)參數(shù)不準(zhǔn)時(shí)的電流響應(yīng)。針對(duì)考慮一階運(yùn)算延時(shí)的內(nèi)置式永磁同步電機(jī)的零階保持離散模型,使用狀態(tài)空間方法設(shè)計(jì)了一個(gè)離散狀態(tài)反饋電流控制器,實(shí)現(xiàn)了極點(diǎn)在z平面的任意配置,討論了控制參數(shù)的計(jì)算過程,與經(jīng)典的離散電流控制器比較,所設(shè)計(jì)的狀態(tài)反饋控制器明顯提高了電流環(huán)的指令跟蹤能力和抗擾動(dòng)能力,具有一定的理論和實(shí)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM341
【圖文】：

重慶大學(xué)博士學(xué)位論文對(duì)電感參數(shù)誤差和測(cè)量噪聲越敏感，此處為了展示所設(shè)計(jì)的控制器可以在無超調(diào)情況下達(dá)到更快的響應(yīng)速度，故把電流帶寬調(diào)為較高的 0.20fs。公式(7.5)和(7.25)對(duì)參考信號(hào)的 Bode 圖，如圖 7.8 所示。表 7.1 仿真和實(shí)驗(yàn)用內(nèi)置式永磁同步電機(jī)的典型參數(shù)Table. 7.1 Typical parameters of the employed PMSM符號(hào) 物理量 值R 定子電阻 50 mΩLd定子電感 0.6 mHLq定子電感 1.8 mHλf永磁體磁鏈 0.15 V·sp 極對(duì)數(shù) 3

0 50 100 150 200-60-40Time (ms)(a)經(jīng)典控制器idiqiq*id*0 50 100 150 200-60-40-200Iqd()ATime (ms)(b)所設(shè)計(jì)的狀態(tài)反饋控制器圖 7.10 兩種控制器的抗擾動(dòng)能力Fig. 7.10 Disturbance rejection of the two controllers.

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2753181