本文關(guān)鍵詞：永磁同步電機多采樣率模型預(yù)測控制研究

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【摘要】：永磁同步電機具有結(jié)構(gòu)簡單、功率密度高、啟動轉(zhuǎn)矩大、控制方法簡單、能耗小等優(yōu)點,近年來在工業(yè)領(lǐng)域的到廣泛應(yīng)用。隨著永磁同步電機的廣泛運用,改善永磁同步電機的控制算法,提高永磁同步電機運行性能,具有重要意義。模型預(yù)測控制(MPC)是建立在對被控對象建模的基礎(chǔ)之上的控制算法,因其考慮控制量對系統(tǒng)未來狀態(tài)的影響,與傳統(tǒng)PI控制相比,具有動態(tài)響應(yīng)快、超調(diào)小等優(yōu)點,近年來逐步開始應(yīng)用于永磁同步電機控制領(lǐng)域,進一步深入的研究基于模型預(yù)測控制算法的永磁同步電機控制,具有重要的實際應(yīng)用意義。論文首先介紹了永磁同步電機的發(fā)展概況及目前交流電機控制理論的研究現(xiàn)狀,分別在三相靜止坐標系、兩相靜止坐標系及同步旋轉(zhuǎn)坐標系下建立永磁同步電機數(shù)學(xué)模型,研究了永磁同步電機矢量控制的原理及SVPWM基本原理,采取屯=0策略,在Matlab/Simulink中搭建了傳統(tǒng)基于PI控制的雙閉環(huán)永磁同步電機矢量控制仿真模型。其次,深入研究模型預(yù)測控制理論,以連續(xù)時不變線性系統(tǒng)為例,完成了離散時間的模型預(yù)測控制算法的理論推導(dǎo),結(jié)合多采樣率數(shù)字控制系統(tǒng)的基本概念,建立了連續(xù)時不變系統(tǒng)的輸入多采樣率數(shù)字控制系統(tǒng)下的空間狀態(tài)模型,結(jié)合模型預(yù)測控制算法,建立了基于輸入多采樣率數(shù)字控制系統(tǒng)的模型預(yù)測控制的算法。再次,分別設(shè)計了永磁同步電機單采樣率及多采樣率單環(huán)模型預(yù)測控制算法,完成單采樣率單環(huán)模型預(yù)測控制與PI控制、單采樣率與多采樣率單環(huán)模型預(yù)測控制仿真對比分析,仿真結(jié)果驗證單環(huán)模型預(yù)測控制算法的有效性、可行性,且比PI控制有更好的控制效果；多采樣率單環(huán)模型預(yù)測控制能夠改善單采樣率單環(huán)模型預(yù)測控制穩(wěn)態(tài)運行時的控制效果。最后,完成了永磁同步電機實驗平臺的硬件設(shè)計,搭建了實驗平臺,進行了電機啟動、加減載、調(diào)速實驗,對單采樣率與多采樣率永磁同步電機單環(huán)模型預(yù)測控制算法有效性、可行性進行了實驗驗證。實驗結(jié)果表明,單環(huán)模型預(yù)測控制具有比PI控制更好的轉(zhuǎn)速控制性能,多采樣率單環(huán)模型預(yù)測控制能夠進一步提高單采樣率單環(huán)模型預(yù)測控制的穩(wěn)態(tài)控制性能。
【關(guān)鍵詞】：永磁同步電機 模型預(yù)測控制 矢量控制 多采樣率理論
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM341
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-20
• 1.1 永磁同步電機的發(fā)展概況與前景11-12
• 1.2 交流電機的控制理論12-15
• 1.2.1 基于交流電機穩(wěn)態(tài)模型的恒壓頻比控制12
• 1.2.2 基于交流電機動態(tài)模型的矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制12-13
• 1.2.3 交流電機新型控制方法13-15
• 1.3 預(yù)測控制理論的發(fā)展與應(yīng)用15-16
• 1.3.1 預(yù)測控制及其發(fā)展15-16
• 1.3.2 預(yù)測控制在交流電機系統(tǒng)應(yīng)用16
• 1.4 多采樣率控制理論的提出與研究現(xiàn)狀16-18
• 1.4.1 多采樣率控制理論的提出16-17
• 1.4.2 多采樣率數(shù)字控制系統(tǒng)的研究發(fā)展概況17-18
• 1.5 本課題研究意義與研究內(nèi)容18-20
• 第2章 永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)20-32
• 2.1 永磁同步電機基本介紹20-22
• 2.1.1 永磁同步電機分類20-21
• 2.1.2 永磁同步電機建�；A(chǔ)21-22
• 2.2 永磁同步電機數(shù)學(xué)模型22-27
• 2.2.1 三相靜止坐標系下數(shù)學(xué)模型22-23
• 2.2.2 兩相靜止坐標系下數(shù)學(xué)模型23-25
• 2.2.3 兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學(xué)模型25-27
• 2.3 永磁同步電機矢量控制策略27-31
• 2.3.1 矢量控制基本原理27-28
• 2.3.2 空間矢量調(diào)制原理28-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第3章 基于多采樣率理論的模型預(yù)測控制研究32-42
• 3.1 模型預(yù)測控制基本原理32-36
• 3.1.1 模型預(yù)測控制主要特征32-34
• 3.1.2 模型預(yù)測控制狀態(tài)空間模型34-36
• 3.2 多采樣率理論基本原理36-39
• 3.2.1 多采樣率理論簡介36-37
• 3.2.2 輸入多采樣率數(shù)字控制系統(tǒng)狀態(tài)空間模型37-39
• 3.3 基于多采樣率理論的模型預(yù)測控制39-41
• 3.3.1 簡化輸入多采樣率數(shù)學(xué)控制系統(tǒng)狀態(tài)空間描述39-40
• 3.3.2 簡化輸入多采樣率系統(tǒng)模型預(yù)測控制40-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第4章 多采樣率模型預(yù)測控制在永磁電機中的應(yīng)用42-57
• 4.1 永磁同步電機模型預(yù)測控制研究現(xiàn)狀42-43
• 4.2 PMSM單環(huán)模型預(yù)測控制43-48
• 4.2.1 單采樣率永磁同步電機模型預(yù)測控制43-46
• 4.2.2 多采樣率永磁同步電機模型預(yù)測控制46-48
• 4.3 仿真分析48-56
• 4.3.1 單采樣率PMSM單環(huán)模型預(yù)測控制仿真48-53
• 4.3.2 多采樣率PMSM單環(huán)模型預(yù)測控制仿真53-56
• 4.4 本章小結(jié)56-57
• 第5章 PMSM硬件實驗平臺設(shè)計57-67
• 5.1 PMSM實驗平臺總體設(shè)計57
• 5.2 主電路設(shè)計57-59
• 5.2.1 交直機組參數(shù)57-58
• 5.2.2 三相整流橋設(shè)計58-59
• 5.2.3 三相逆變橋設(shè)計59
• 5.3 數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計59-62
• 5.3.1 電流測量采集電路59-60
• 5.3.2 直流電壓采集測量電路60-61
• 5.3.3 轉(zhuǎn)速測量電路61-62
• 5.4 DSP控制電路設(shè)計62-65
• 5.4.1 DSP2812最小系統(tǒng)62-63
• 5.4.2 邏輯電平轉(zhuǎn)換電路63-64
• 5.4.3 通訊接口電路64-65
• 5.5 功率驅(qū)動電路65-66
• 5.6 本章小結(jié)66-67
• 第6章 PMSM多采樣率模型預(yù)測控制實驗67-82
• 6.1 PMSM系統(tǒng)軟件設(shè)計67-71
• 6.1.1 DSP2812軟件開發(fā)環(huán)境67
• 6.1.2 主程序設(shè)計67-69
• 6.1.3 中斷服務(wù)子程序設(shè)計69
• 6.1.4 模型預(yù)測控制程序設(shè)計69-71
• 6.2 單采樣率MPC實驗結(jié)果與分析71-76
• 6.2.1 空載啟動實驗71-72
• 6.2.2 加減載實驗72-74
• 6.2.3 調(diào)速實驗74-76
• 6.2.4 實驗結(jié)果分析76
• 6.3 多采樣率MPC實驗結(jié)果與分析76-81
• 6.3.1 空載啟動實驗76-77
• 6.3.2 加減載實驗77-79
• 6.3.3 調(diào)速實驗79-81
• 6.3.4 實驗結(jié)果分析81
• 6.4 本章小結(jié)81-82
• 總結(jié)與展望82-84
• 致謝84-85
• 參考文獻85-89
• 附錄Ⅰ89-90
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文90

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