六相永磁同步电机电流预测控制及容错控制策略研究

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永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)构造简单、运行效率高、噪声小,因此被广泛应用于航空航天、电动汽车等领域。随着我国工业水平的不断提升,如何进一步提高永磁同步电机的控制精度和运行可靠性成为了广大学者的研究热点。本文以双Y相移30六相永磁同步电机为研究对象,针对其电流预测控制和容错控制策略进行研究。阐述了多相电机控制技术的研究现状,分析了国内外学者针对多相电机做出的研究贡献,并对多相电机电流预测控制技术和容错控制技术的国内外发展现状进行了总结分析。针对自然坐标系下六相PMSM数学模型高度耦合的问题,建立了基于双d-q坐标变换和矢量空间解耦(Vector Space Decomposition,VSD)坐标变换的六相PMSM数学模型。研究了模型预测控制策略的基本原理,指出了连续集模型预测控制策略存在的计算量较大的问题,并采用有限集模型预测控制策略控制六相PMSM运行。提出了一种六相PMSM改进三矢量电流预测控制(Model Predictive Current Control,MPCC)策略,采用了构造虚拟电压矢量的方法,减少了电流预测控制算法的计算量,抑制了电流谐波和转矩脉动。搭建了六相PMSM电流预测控制系统仿真模型,对六相PMSM改进三矢量电流预测控制策略进行了仿真分析,仿真结果表明了在改进三矢量电流预测控制策略下六相PMSM运行性能得到了提高。研究了基于总磁动势不变的六相PMSM容错控制策略,指出了该容错控制策略产生较大电流谐波的问题。结合电机矢量控制理论,构建了新型坐标变换矩阵,推导出了一相断相后六相PMSM数学模型,实现了故障后各电机变量的解耦,为六相PMSM降维解耦容错控制策略建立了理论基础。分别以定子铜耗最小和输出电磁转矩最大为目标,推导了两种目标下的电流约束条件,提出了六相PMSM基于降维解耦的容错控制策略。搭建了六相PMSM容错控制系统仿真模型,对两种容错控制策分别进行了仿真验证,结果表明在基于降维解耦的容错控制策略下六相PMSM容错运行性能更好。设计了实验平台的硬件电路,编写了六相PMSM控制系统的软件程序,搭建了系统实验平台并进行实验,验证本文提出控制策略的可行性。
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