开绕组永磁同步电机有限集模型预测控制研究

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开绕组永磁同步电机以其在多电平运行特性和容错控制等方面的优势成为近年来研究的热点。由双逆变器馈电的开绕组电机有共母线和独立母线两种接线方式,两者都存在冗余的开关状态,有所不同的是共母线拓扑结构中存在零序环流,必须加以抑制。同时,模型预测控制对解决双逆变器系统特有的多约束问题具有较强的应用潜力,于是本文针对开绕组永磁同步电机展开模型预测控制策略的研究。本文首先建立了不同坐标系下OW-PMSM系统的数学模型,并对两种接线方式下的双逆变器拓扑结构进行了研究。然后根据其结构特点以及电路模型在Simulink中搭建了OW-PMSM系统的仿真模型,并在此基础上进行了测试。为下文研究适用于开绕组电机的FCS-MPC算法奠定基础。为了将传统FCS-MPC策略应用于双电源OW-PMSM系统,通过对模型参数与实际模型之间产生预测电流误差的机理分析,以及建模误差对FCS-MPC算法的影响分析,在此基础上提出了适用于OW-PMSM系统的FCS-MPC策略。此外,预测过程冗长是模型预测算法的共性问题之一,本文提出一种简化的模型预测电压控制策略。该策略结合无差拍思想,通过对参考电压矢量进行两次扇区判断,最终只需进行两次评估和一次比较即可得到最优电压矢量,极大地提高了寻优效率。另外,利用开关切换次数函数解决了双电源OW-PMSM系统矢量和开关状态一对多的问题。针对单电源OW-PMSM系统存在零序电流的问题,提出一种基于零序电流抑制的FCS-MPC策略。该策略利用模型预测控制可以处理多个控制目标和系统约束的特点,通过在价值函数中添加零序电压控制项,达到了抑制零序电流的目的。为了提高系统的稳态性能,并解决系统开关频率不固定的缺陷,提出一种适用于OW-PMSM系统的有限开关序列模型预测控制策略。在剔除含零序电压开关状态的前提下,遵循开关频率最小原则,将有限集确定为6组开关序列,利用无差拍控制方式依次求取各组矢量对应的作用时间,最终通过在线寻优获得最优开关序列。
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