基于虚拟矢量的双三相永磁同步电机模型预测电流控制

摘要

多相永磁同步电机因其具有低压大功率输出能力、可靠性高和转矩脉动小等优点，在工业领域中应用越来越广泛。在多种电机控制策略中，有限集模型预测控制由于具有多约束处理能力、脉冲输出方式简单、动态响应快等优点，成为多相永磁同步电机驱动系统控制策略的研究热点之一。但是相较于三相永磁同步电机，多相永磁同步电机相数增多，模型更加复杂，导致有限集模型预测控制存在计算量大，复杂度高的问题。　　针对以上两个问题，本文以双三相永磁同步电机为研究对象，在有限集模型预测电流控制的基础上，引入电压矢量预合成的思想，提出一种基于虚拟矢量的模型预测控制策略，从而减少计算量，简化价值函数和预测模型，降低复杂度。本文主要工作分为以下四个方面：　　首先，研究了有限集模型预测控制算法。推导了双三相永磁同步电机的数学模型和电压矢量控制集。将有限集模型预测控制算法引入到电流控制中，实现双三相永磁同步电机的有限集模型预测电流控制，并进行了仿真验证。　　其次，为了抑制定子电流谐波，利用有限集模型预测控制处理多约束的优点，在价值函数中同时考虑基波电流和谐波电流，有效地降低了定子电流的谐波含量。但是这种方法增加了计算量和复杂度。同时，分析了价值函数中权重因子对电流预测效果的影响和实际系统中延时补偿的重要性。　　然后，引入电压矢量预合成的思想，提出了一种基于虚拟矢量的双三相永磁同步电机有限集模型预测电流控制。简化了价值函数和预测模型，在抑制电流谐波的同时，有效的降低了模型预测控制的计算量和复杂度。通过仿真分析验证了该策略的有效性。　　最后，搭建了一套双三相永磁同步电机驱动实验平台。采用传统矢量控制方案，验证了实验平台的可靠性。通过实验验证了基于虚拟矢量的双三相永磁同步电机有限集模型预测电流控制的可行性和有效性。

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