双级矩阵变换器永磁同步电机系统预测占空比控制

摘要

双级矩阵变换器不仅继承了直接矩阵变换器输入功率因数可控、能够四象限运行、有谐波含量较少的输入输出正弦电流波的优点，还具有更为简单的钳位保护电路以及更为简单的换流方式，被称为一种“绿色”变换器，受到了国内外众多学者的广泛关注。有限控制集模型预测控制具有提前预测控制量，实时性强，算法简单，可以实现多目标优化控制等优点，在电力电子变换领域中有着广泛的应用。 传统预测控制的开关频率不固定，采用单矢量控制的方式造成永磁同步电机的转矩和定子磁链的波动幅度较大。合成双级矩阵变换器逆变级六个有效电压矢量的直流链电压是通过网侧输入线电压合成的，对于预测控制来说，整流级有效矢量作用一个控制周期，所以直流链电压是扇形的PWM脉冲，这种直流链电压的波动性会使得永磁同步电机的转矩和定子磁链的波动更大，本文针对如何降低双级矩阵变换器永磁同步电机系统预测控制中转矩和定子磁链波动幅度的问题展开了研究。 本文首先介绍了交流变换器的种类，介绍了交直交型变换器以及交交型变换器的特点，然后对目前矩阵变换器控制策略的研究现状以及永磁同步电机控制策略的研究现状做了简单介绍。 本文给出了传统预测控制的数学建模过程，包括整流级开关模型、输入无功功率模型以及永磁同步电机的数学模型。搭建了模型预测控制的仿真模型，并且进行了一系列的仿真，验证了所搭模型的正确性。 详细分析了双级矩阵变换器永磁同步电机系统预测控制产生更大的转矩和定子磁链波动的原因，给出了整流级和逆变级占空比的计算方法，指出通过整流级占空比调制来抑制转矩和定子磁链波动会降低输入电压的利用率，而通过逆变级占空比调制来抑制转矩和定子磁链波动是一种更合适的方法。 本文设计并搭建了一套以DSP与FPGA为控制核心的实验样机，并且对所搭建的实验样机进行了调试，使其在阻感负载以及永磁同步电机上都实现了安全运行，最后完成了本文所提方法的实验，验证了算法的可行性。

目录

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摘要

第一章绪论

1．1研究背景及意义

1．2矩阵变换器控制策略的研究现状

1．3永磁同步电机控制策略的研究现状

1．4论文主要内容

第二章双级矩阵变换器永磁同步电机系统传统预测控制

2．1系统数学模型的建立

2．1．1开关状态数学模型

2．1．2输入滤波器数学模型

2．1．3永磁同步电机数学模型

2．2预测控制策略

2．3仿真结果与分析

2．4本章小结

第三章双级矩阵变换器永磁同步电机系统预测占空比控制

3．1波动分析

3．1．1定子磁链增量

3．1．2转矩增量

3．1．3定子磁链与转矩波动分析

3．2占空比计算

3．2．1整流级占空比

3．2．2逆变级占空比

3．3有限控制集

3．4控制原理框图

3．5仿真结果与分析

3．6本章小结

第四章实验结果分析

4．1系统硬件设计

4．1．1输入滤波器以及钳位电路设计

4．1．2主电路设计

4．1．3采样电路设计

4．2调试实验

4．2．1阻感负载实验

4．2．2永磁同步电机实验

4．3预测控制实验

4．3．1稳态特性

4．3．2动态特性

4．4本章小结

第五章总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢