【摘要】：永磁同步電機(jī)(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)因其眾所周知的優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于高性能的調(diào)速系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)PMSM高精度控制,需要對(duì)電流進(jìn)行反饋控制,因此就需要在逆變器交流側(cè)安裝兩個(gè)相電流傳感器。如果電流傳感器出現(xiàn)突然的故障,會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)過載電流,假如對(duì)驅(qū)動(dòng)門電路不采取正確的保護(hù)措施,就會(huì)使得逆變器功率半導(dǎo)體出現(xiàn)不可恢復(fù)的失效,由此造成電機(jī)性能的惡化。因此,有必要考慮對(duì)相電流傳感器的容錯(cuò)控制。本文采用擴(kuò)張狀態(tài)觀測器(extended state observer,ESO)方法對(duì)PMSM驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了無電流傳感器技術(shù)的研究。本文采用的PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制策略有矢量控制(Vector Control,VC)和有限控制集模型預(yù)測控制(Finite Control Set-model Predictive Control,FCS-MPC)。VC通過坐標(biāo)變換對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈進(jìn)行解耦控制,使系統(tǒng)具有好的轉(zhuǎn)矩特性。FCS-MPC策略是一種通過使用系統(tǒng)模型來對(duì)控制變量未來時(shí)刻進(jìn)行預(yù)測的控制算法,其優(yōu)勢在于無需復(fù)雜的PWM調(diào)制器,可以減小磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),從而改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。主要研究內(nèi)容分為以下幾個(gè)部分:(1)針對(duì)PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單相電流傳感器故障情況,構(gòu)造基于ESO單電流觀測器的滑模-模型預(yù)測轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)。考慮到定子電阻變化,采用ESO理論設(shè)計(jì)了單電流觀測器,以替代故障相電流傳感器,從而實(shí)時(shí)估計(jì)相電流和定子電阻;對(duì)PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用模型預(yù)測轉(zhuǎn)矩控制策略,以減小轉(zhuǎn)矩和磁鏈脈動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的高性能控制;設(shè)計(jì)基于冪次函數(shù)的滑模轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器,以提高對(duì)控制系統(tǒng)的魯棒性。(2)針對(duì)PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無任何電流傳感器的情況,構(gòu)造基于ESO無電流觀測器的模型預(yù)測轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)�？紤]到定子電阻變化,采用ESO理論設(shè)計(jì)了無電流觀測器,以實(shí)時(shí)估計(jì)三相定子電流和定子電阻;對(duì)PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用模型預(yù)測轉(zhuǎn)矩控制策略,以減小轉(zhuǎn)矩和磁鏈脈動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的高性能控制。(3)針對(duì)PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無任何電流傳感器情況,構(gòu)造了基于雙ESOs無電流觀測器矢量控制系統(tǒng)。考慮對(duì)定子電阻變化和定子電感變化的魯棒性,采用雙ESOs理論設(shè)計(jì)了無電流觀測器,以實(shí)時(shí)估計(jì)三相定子電流。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM341;TP212
【圖文】：

缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)過程中對(duì)參數(shù)整定還沒有理論支持且不易整定，計(jì)制(Fuzzy Control,FC)是由L.A.Zadeh學(xué)者在1965年首次提出了模的實(shí)質(zhì)是一種將專家經(jīng)驗(yàn)采用模糊規(guī)則形式表示的智能控制算傳統(tǒng)的模型構(gòu)建過程，通過模糊邏輯推理機(jī)的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)控制計(jì)不依賴系統(tǒng)精確的數(shù)學(xué)模型。集模型預(yù)測控制集模型預(yù)測控制[26-36](Finite Control Set-Model Predictive Cont用系統(tǒng)模型來對(duì)控制變量未來時(shí)刻進(jìn)行預(yù)測的控制算法。圖 PC 基于電機(jī)模型來預(yù)測每個(gè)采樣周期內(nèi)逆變器(voltage source下控制量，根據(jù)控制目標(biāo)建立相應(yīng)的成本函數(shù)，再通過評(píng)價(jià)成現(xiàn)對(duì) PMSM 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制。FCS-MPC 優(yōu)勢在于無需復(fù)雜的的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。 ry k 1y k

近年來相電流估計(jì)器的方法越來越受到廣電流信息，且具有諸如增加可靠性、降低成境限制等優(yōu)點(diǎn)。目前電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中相電流法過直流母線電流信息和逆變器開關(guān)管狀態(tài)來流信息與開關(guān)狀態(tài)的關(guān)系如表 1.1。該方法電流傳感器需要一定的時(shí)間對(duì)當(dāng)前信息進(jìn)行，因此可能出現(xiàn)采樣不到直流母線電流信息法得到的相電流諧波較大。電流，多種基于 PWM 調(diào)制策略的改進(jìn)直流善了相電流估計(jì)精度，但算法復(fù)雜。bScS

圖(a) 面裝式 圖(b) 表面內(nèi)埋式 圖(c) 內(nèi)嵌式圖 2.1 永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)面裝式的轉(zhuǎn)子磁路對(duì)稱，交、直軸電感基本相等(即 Ld=Lq)，而表面內(nèi)埋式和的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，因此其產(chǎn)生的交、直軸電感不相等，本文采用面裝式進(jìn)研究。2 PMSM的數(shù)學(xué)模型在設(shè)計(jì) PMSM 控制系統(tǒng)時(shí)，為了盡可能地避免 PMSM 不確定因素，做如下假(1) 不考慮磁滯損耗和渦流損耗；(2) PMSM 三相定子繞組軸線在空間上呈 120。電角度差；(3) 不考慮磁路飽且磁路呈線性；(4) PMSM 定子繞組產(chǎn)生的磁勢及反電勢呈正弦形式。2.1 兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型為了便于對(duì)面裝式 PMSM 的控制，通常會(huì)用到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型

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