基于滑模磁链观测器的感应电机模型预测控制研究

摘要

感应电机因其结构简单、价格低廉、运行可靠、可用于恶劣环境等优点，在生产与生活中得到了广泛的应用。近年来，有限控制集合模型预测控制作为一种新兴的高效控制策略被应用到感应电机的控制中，因其易于实现多变量控制和处理非线性约束的特性而受到关注。有限控制集合模型预测控制通过系统状态预测的方法，利用设计好的目标函数直接控制磁链和转矩。因为预测过程需要使用电机的真实磁链，所以该方案对磁链观测的精度有很高的要求，而传统的电流模型磁链观测器和电压模型磁链观测器易受到电机参数变化的影响。本文以提高模型预测控制方案性能为目标，对感应电机磁链观测方法作了如下研究： 本文阐述了基于电流模型磁链观测器的感应电机模型预测控制原理，指出在电机参数发生变化时模型预测控制方案的性能将受到很大影响，提出用滑模磁链观测器代替电流模型磁链观测器的解决方案。 常规的滑模磁链观测器依据电流观测误差设计滑模控制函数，在实现对转子电阻变化的高鲁棒性的同时也引入了定子电阻变化的影响。本文提出一种基于磁链观测误差的滑模控制函数设计方法，对滑模观测器的性能进行改进。因为磁链的真实值无法直接获取，磁链误差值以近似计算的方式得到。通过仿真实验验证了该方案对电机参数变化的高鲁棒性，并与全阶磁链观测器和电流模型磁链观测器进行对比，得出所设计滑模磁链观测器在参数鲁棒性上优于其他观测器的结论。 通过物理实验对仿真结果进行验证。实验结果表明，本文所设计的基于滑模磁链观测器的感应电机模型预测控制具有很好的控制性能，对电机参数变化的鲁棒性得到很大的提高。

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