【摘 要】
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永磁同步电机（PMSM）因其体积小,效率高,功率密度大的特点,被广泛应用于高端制造业。由于传统矢量控制难以满足较高性能控制需求,本文采用改进模型预测转矩控制结合空间矢量调制（MPTC-SVM）提升控制性能;为了进一步扩大PMSM的应用范围,本文还用模型预测控制改进了基于模型参考自适应系统的无位置传感器控制（MP-MRAS）,并通过仿真与实验验证了两种改进措施的有效性。本文主要工作内容:（1）从PM
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永磁同步电机（PMSM）因其体积小,效率高,功率密度大的特点,被广泛应用于高端制造业。由于传统矢量控制难以满足较高性能控制需求,本文采用改进模型预测转矩控制结合空间矢量调制（MPTC-SVM）提升控制性能;为了进一步扩大PMSM的应用范围,本文还用模型预测控制改进了基于模型参考自适应系统的无位置传感器控制（MP-MRAS）,并通过仿真与实验验证了两种改进措施的有效性。本文主要工作内容:（1）从PMSM的结构与工作原理出发,推导出PMSM的数学模型,并通过坐标变换实现模型简化与解耦。详细介绍了空间矢量脉宽调制（SVPWM）的实现,将其结合电机数学模型实现id=0的矢量控制,并在MATLAB/Simulink环境中进行仿真,验证了传统矢量控制（FOC）的可行性,为后续工作打下基础。（2）介绍了有限控制集模型预测转矩控制（FCS-MPTC）的实现以及一拍延时补偿与最大转矩电流比控制等优化措施,针对FCS-MPTC权重系数整定较为复杂以及转矩脉动较大等问题,提出改进MPTC-SVM控制:将无差拍控制结合预测模型计算出最优电压矢量,并由SVPWM输出。最后通过仿真对比FOC与FCS-MPTC验证了MPTC-SVM的控制效果。（3）介绍了模型参考自适应系统与Popov超稳定性原理,并推导其作为PMSM位置观测器的算法原理。针对传统MRAS采用PI自适应率存在的问题,改用有限集模型预测控制作为自适应率构建模型预测模型参考自适应系统（MP-MRAS）位置观测器实现位置观测。通过估计转速扩展有限集解除固定有限集对估计转速的限制,并使用分段低通滤波实现转速估计。最后通过仿真比较传统MRAS与MP-MRAS的位置观测效果,验证了MP-MRAS对估计效果的提升。（4）以理论研究为基础,在交流电机驱动控制平台上进行试验验证,完成了软硬件的联合调试。将FOC和MPTC-SVM分别与传统MRAS和MP-MRAS位置观测器结合,进行实验对比,实验结果验证了MPTC-SVM与MP-MRAS位置观测器的控制性能。
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