永磁同步电机切换系统模型及最优直接转矩预测控制

摘要

随着电力电子半导体器件、微处理器技术和新型永磁材料的飞速发展，近年来永磁同步电机已经引起国内外的普遍重视。目前，永磁同步电机调速系统的高性能控制方法有矢量控制和直接转矩控制。其中直接转矩控制是对电机的磁链和转矩进行直接观测和控制，因此直接转矩控制具有控制结构简单、响应快速和鲁棒性强等优点，已经在工业中得到广泛应用。但是传统直接转矩控制亦存在磁链和转矩脉动较大、逆变器开关频率不恒定以及转矩脉动引起的高频噪声等问题亟待解决。为此，基于切换系统理论提出了一种系统的建模和控制策略，实现两电平逆变器供电的三相永磁同步电机最优直接转矩预测控制。首先，建立永磁同步电机切换系统模型；然后在该切换系统模型的基础上，建立一个有约束条件的有限时间最优控制目标函数，并运用滚动优化策略求解该目标函数来实现永磁同步电机调速系统的最优直接转矩预测控制。在MATLAB和HYSDEL环境中，通过对永磁同步电机调速系统在传统直接转矩控制和最优直接转矩预测控制方案下进行仿真对比，验证了该控制方案能够有效减少磁链和转矩脉动，降低逆变器开关频率，具有更好的性能。

目录

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第一章绪论

1.1交流调速系统的现状和发展

1.1.1永磁同步电机概况

1.1.2永磁同步电机交流调速系统控制策略

1.2混杂系统及切换系统理论研究现状

1.2.1混杂系统的提出及背景

1.2.2混杂系统的研究现状

1.2.3切换系统的研究现状

1.3课题来源和研究意义

1.3.1课题来源

1.3.2课题研究意义

1.3.3本文的主要工作

第二章永磁同步电机模型及直接转矩控制

2.1坐标变换

2.2永磁同步电机的数学模型

2.3永磁同步电机直接转矩控制策略

2.3.1空间电压矢量

2.3.2定子磁链模型

2.3.3转矩控制

2.3.4 PMSM直接转矩控制系统模型

2.4永磁同步电机直接转矩控制的MATLAB仿真

2.4.1系统仿真模型的组建

2.4.2系统仿真结果及分析

2.5本章小结

第三章切换系统模型模型及有约束条件的最优直接转矩控制

3.1切换系统存在的普遍性

3.2切换系统数学模型

3.2.1切换系统的一般形式模型

3.2.2切换系统其他形式的模型

3.2.3切换系统各模型之间的转换

3.2.4 HYSDEL语言

3.3模型预测控制方法概述

3.3.1模型预测控制基本原理

3.3.2最优化问题

3.3.3有约束条件的最优控制

3.3.4在线计算控制输入算法

3.3.5离线计算状态反馈控制律算法

3.3.6滚动优化算法

3.4本章小结

第四章永磁同步电机最优直接转矩预测控制器

4.1分段仿射形式(PWA)的永磁同步电机切换系统模型

4.1.1永磁同步电机离散时间切换系统模型

4.1.2 PWA形式的永磁同步电机切换系统模型

4.1.3 MLD形式的永磁同步电机切换系统模型

4.2控制器目标及目标函数

4.3仿真结果及分析

4.4本章小结

第五章总结与展望

5.1工作总结

5.2进一步工作的设想

参考文献

附录A:永磁同步电机调速系统模型程序

致谢

在学期间发表的学术论文与研究成果