基于状态观测器的永磁同步电机直接转矩预测控制研究

摘要

直接转矩控制(DTC)不需要进行解耦控制,并且结构简单、动态响应快,因而被广泛应用于永磁同步电机中。然而在实际生产过程中,受传统定子磁链观测法的观测精度和时滞现象的影响,永磁同步电 DTC系统的转矩和磁链脉动很大,系统的稳定性能不佳。因此,针对定子磁链观测方法和含有时滞的DTC系统的研究就具有重要的理论意义和实际价值。
　　全文的主要研究内容和创新点如下:
　　1.研究设计了永磁同步电机定子磁链—定子电流全维状态观测器和降维状态观测器。定子磁链的观测精度直接影响着系统的性能,而低速时直流偏移和电机参数变化等因素又会引起定子磁链观测精度下降。针对此问题,本文首先进行了简单的变量代换,将含有转子位置信号的定子电流方程转化为不含转子位置信号的方程。其次,设计了以定子电流和定子磁链为状态变量的全维观测器,解决了定子磁链易受电机参数影响的问题。然后,为了简化系统结构,又进一步设计了以定子电流和定子磁链为状态变量的降维观测器。最后仿真验证了带有这两种观测器的DTC系统的电机参数鲁棒性好,转矩和磁链脉动小,低速时电机性能得到很大提升。
　　2.研究了两种直接转矩预测控制方法。针对时滞现象容易引起系统转矩脉动增大的问题,提出了两种预测方法。第一种预测方法是全维状态预测方法,它是在全维观测器的基础上,直接预测出下一周期的定子电流、定子磁链和转矩值,最后和传统的DTC系统一样采用查表法算出电压矢量。第二种预测方法是直接对转矩和磁链幅值预测的方法。该方法结合了矢量控制和 DTC的优点,直接对转矩和磁链幅值的平方解耦控制,将给定的转矩和磁链幅值平方作为下一周期的预测值,从而计算出所需要的控制电压。经仿真实验验证,这两种预测方法均可以减小转矩和磁链脉动,在全范围内实现转矩的有效控制,并且由于第二种预测方法采用了SVPWM方法来控制电机,其响应速度要更快。

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1.绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 直接转矩控制的发展历史

1.3 直接转矩控制研究的热点及现状

1.4 论文的主要内容

2.永磁同步电机数学模型和直接转矩控制原理

2.1 引言

2.2 永磁同步电机的分类和结构特点

2.3 永磁同步电机的三种坐标系以及相互之间的转换

2.4 永磁同步电机的数学模型

2.5 直接转矩控制原理

2.6 小结

3 全维和降维定子电流-磁链观测器的研究和设计

3.1 引言

3.2 传统的定子磁链观测方法

3.3 永磁同步电机定子电流-定子磁链全维状态观测器

3.4 永磁同步电机定子电流-定子磁链降维状态观测器

3.5 小结

4. 永磁同步电机直接转矩预测控制策略研究

4.1 引言

4.2 直接转矩预测控制产生原因

4.3 基于全维状态观测器的直接转矩预测控制研究

4.4 基于转矩和磁链幅值的直接转矩预测控制研究

4.5 小结

5.总结及展望

5.1 本文总结

5.2 后续工作展望

参考文献

致谢

个人简历

攻读硕士学位期间发表论文情况

攻读硕士学位期间参加科研情况