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内置式永磁同步电机的电流解耦控制研究

陈文强  
【摘要】:由于石油资源日益枯竭,传统的内燃机汽车在未来将逐渐淘汰,新能源汽车会陆续进入市场。电机和电控作为新能源汽车的关键零部件,其在控制策略上仍有优化的空间,解耦控制作为电机控制策略中的核心部分之一,其研究就很有必要。受电机固有特性的影响,其交轴和直轴的电流控制容易相互耦合,这在高速时尤其严重,从而影响电机的动态调节性能。因此,需要通过解耦控制解决其在高转速下的电流耦合问题,以提高其控制效果。但是传统的解耦控制存在对电机参数有依赖性的问题,而学术界提出的若干解耦方法偏于理论、计算复杂,不利于工程应用。故本文综述了现有的几种解耦控制策略,最终选定更具有工程实际应用价值的前馈解耦作为研究内容。针对传统的前馈解耦对电机参数有依赖性这一问题进行研究。为满足解耦控制研究的工作转速需求,就得先让电机在高转速下能稳定运行。因此,本文通过零极点相消原理确定了电流调节器的PI参数,然后用最大转矩电流比控制优化基速以下的定子电流分配,同时兼用梯度下降法对其进行弱磁调节,以使电机能稳定过渡到恒功率区,并通过理论分析,证明了该方法避免了传统弱磁时存在的电流积分饱和的问题,从而实现了弱磁升速。本文采用七段式电压矢量脉宽调制方法,并用基波电压幅值线性输出的方法对电压逆变器实现了过调制,从而降低了电机在高转速下对母线电压的需求。为解决内置式永磁同步电机在高转速运行下,因电机参数变化而导致传统的前馈解耦控制策略的解耦效果不好的问题,本文选用带遗忘因子的递推最小二乘法对电机参数进行在线辩识,并将辩识的电机参数估计值代入到前馈解耦中,以提高其对参数变化的鲁棒性。由于在工程实际应用中,受芯片计算能力的约束,需降低算法的计算量,故本文简化了参数辩识模型,默认电阻和磁链不变,仅辩识交直轴电感参数,并理论证明了基于以上辩识模型的前馈解耦策略,磁链误差对该解耦效果无影响,电阻误差在电机高速运行时对解耦效果影响极小。然后考虑到电机参数是缓慢变化的,电机转速是实时突变的,故在兼顾辩识速度和抗干扰能力的约束下,优选了遗忘因子。最后,通过仿真实验验证了该解耦控制方法相比于传统的前馈解耦,在电机参数变化较大的情况下,具有更快的电流调节速度,从而提高了电机在高速运行时的稳定性。最后,基于一般指数趋近率的滑模变结构控制设计出了其转速外环的控制率,然后在电机转速工作模式下,仿真对比验证了改进的前馈解耦控制比传统的前馈解耦控制在电流、转速和转矩响应上具有更好的动态调节性能。


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