基于状态空间模型的开关磁阻电机预测电流控制

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开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)因其结构简单、生产成本低、起动转矩大、可靠性高、再生制动能力强等优点,在电动车中得到了广泛关注。然而双凸极结构特点导致了电机存在瞬时转矩脉动,换相过程转矩脉动尤甚。由于对转矩脉动的抑制在很大程度上取决于对电机电流的控制精度,本文利用模型预测控制优良的“滚动优化”能力,设计基于模型预测控制的开关磁阻电机调速系统电流环控制器,以提高电机电流跟踪能力,从而有效减小电机转矩脉动。本文首先对传统的有限控制集预测电流控制进行了介绍,针对传统的有限控制集预测电流控制存在的计算量大等问题,提出了一种改进的有限控制集预测电流控制方法,在保证控制性能不受影响的前提下有效降低了计算负担。仿真研究表明相较于滞环电流控制,改进的有限控制集预测电流控制提高了电流跟踪能力,但电流和转矩脉动抑制效果不够理想,同时还存在开关频率不固定的问题。针对改进的有限控制集预测电流控制仿真研究中电流脉动大、开关频率不固定等不足,提出了一种基于连续控制集的预测电流控制方法,选取电流跟踪误差和控制量构成目标函数,求解该优化目标直接计算得到实际电流跟踪上参考电流所需的精确占空比,并将该占空比用于开关磁阻电机调速系统电流环控制中,实现对电流、转矩脉动的控制。本文还提出了一种简化的非线性相电感模型,利用实测电机增量电感数据获取模型预测电流控制中所需的相电感,该法提高了相电感模型的精度,无需电机磁链数据。MATLAB/SIMULINK仿真结果表明,基于连续控制集的模型预测电流控制方法能够实现实际电流对参考电流的精确跟踪,具有较好的转矩脉动抑制效果。最后,以一台电动车用1.5kW三相12/8SRM为实验对象,搭建基于DSP的SRM调速系统实验平台,验证了本文所提基于连续控制集的SRM预测电流控制方法的可行性和有效性。
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