為了提高內置式永磁同步電機（IPMSM）的轉速控制性能,該文提出一種線性變參數(shù)模型預測控制（LVP-MPC）算法,利用擴展卡爾曼濾波器（EKF）對負載轉矩等未知參數(shù)進行估計來提高魯棒性,通過將IPMSM的動態(tài)模型在穩(wěn)態(tài)運行點處線性化,把得到的線性狀態(tài)方程等效為增量形式,并設計增量形式的預測模型以及代價函數(shù)實現(xiàn)了轉速與電流的最優(yōu)調節(jié),從而克服了因模型參數(shù)不匹配以及外部擾動引起的穩(wěn)態(tài)誤差。同時,用多面體約束來近似驅動系統(tǒng)的電壓、電流的二次型約束條件,最終將所提出的模型預測控制（MPC）最優(yōu)化問題轉化為標準形式的二次規(guī)劃（QP）而求解。仿真及實驗結果表明,所提算法具有良好的轉速動態(tài)性能和無偏差的轉速指令跟蹤能力。 

【文章來源】：電工技術學報. 2020,35(22)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

實驗裝置Fig.4Experimentalsetup

+=+xxUPFPFQ（32）[]Te1Tekeeee(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)kkkkkkkkkkkkkkkkk+=+++++++=+++++++=++++KPHHPHRxxKYHxPPKHP（33）式中，下標“e”表示在測量值更新之前獲得的先驗估計值；52()×K∈R為卡爾曼增益矩陣；55()×P∈R狀態(tài)估計誤差的協(xié)方差矩陣；55()×F∈R和H()∈2×5R為雅可比矩陣。2.5控制系統(tǒng)結構框圖圖3給出了所提控制方案的系統(tǒng)框圖，使用旋轉變壓器測量實際轉子位置并通過計算得到實際轉速Ω；使用霍爾電流傳感器測量相電流并最終得到經(jīng)過EKF濾波后的di、qi；連同負載轉矩器觀測的LT一同作為反饋參與到所提算法中的目標向量獲娶模型線性化以及MPC滾動優(yōu)化計算中，將得到最優(yōu)控制輸入電壓經(jīng)調制后作用于電機。圖3控制系統(tǒng)結構框圖Fig.3Blockdiagramofthecontrolstructure3仿真及實驗結果分析為了驗證所提算法的有效性和正確性，使用Matlab/Simulink軟件進行了仿真驗證，同時搭建了以英飛凌處理器TricoreTC1782為控制核心的電壓源型逆變器實驗平臺開展實驗研究，實驗裝置如圖4所示。圖4實驗裝置Fig.4Experimentalsetup仿真及實驗中使用的電機參數(shù)見表1�？紤]到在采樣時刻skT求得的最優(yōu)控制電壓作用于系統(tǒng)后，在s（k+1）T時刻dq軸電流才會發(fā)生變化，這意味著控制預測時域需要滿足2pN≥才會獲得比較理想的效果，本文取3pN=。代價函數(shù)中的懲罰矩陣Q和R之間的比率權衡系統(tǒng)快速性和?

)=diag(0.2,0.2,0.1315,0.145,0.05),()diag(0.1,0.1)kRk=。表1IPMSM電機參數(shù)Tab.1IPMSMSpecifications參數(shù)數(shù)值額定電壓/V330額定功率/kW40額定轉矩/(N·m)100額定轉速/(r/min)4000永磁磁鏈/Wb0.0682d軸電感/H0.000067q軸電感/H0.000237轉動慣量/(kg·m2)0.043.1LPV-MPC轉速動態(tài)響應仿真結果設定電流約束條件s_maxI=578A，電機空載，在第0s、0.15s和0.3s時刻，分別以階躍的形式給定目標轉速2000r/min、4000r/min和2000r/min，圖5為動態(tài)響應過程中電機轉速、轉矩、dq軸電流、電壓及其矢量幅值的波形�？梢娹D速的動態(tài)響應非常快，其原因是在每次加速、減速過程中，MPC控制器都能提供快速的最優(yōu)控制電壓（見圖5c）作用于定子，激發(fā)出定子dq軸電流（見圖5b）繼而產(chǎn)生電磁轉矩（見圖5a）。由圖5a和圖5b可知，在每次轉速動態(tài)響應過程，都能以最大電流來生成轉矩完成加減速動作。由圖5b和圖5c可知，在0.15s及0.3s的轉速階躍響應過程中電壓矢量幅值sU、電流矢量幅值sI存在同時觸發(fā)最大幅值的約束條件的動態(tài)過程，證明了本文所提出的轉速控制算法能夠在充分利用最大可輸出母線電壓的同時嚴格遵守電流約束條件，提供盡可能大的輸出轉矩，以達到快速的轉速動態(tài)響應，即在滿足多變量約束條件下提供最優(yōu)控制性能。當電機在不同轉速穩(wěn)態(tài)運行時，轉速波動極小且無穩(wěn)態(tài)誤差。由于所提出的轉速預測控制算法具有前饋-反饋的結構，并能夠提供最優(yōu)控制電壓，因此實現(xiàn)了快速的轉速動態(tài)響應，且動態(tài)過程無超調。3.2LPV-MPC魯棒性仿真結果考慮到IPMSM的電感參數(shù)對鐵心的?


本文編號：3365214