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永磁同步电机的模型预测控制研究

谢云辉  
【摘要】:永磁同步电机是一种三相交流电机,它具有效率高、运行可靠等优势。由于电力电子技术和工业技术的快速发展,这些领域中电机控制策略的优化已成为必须解决的问题。本文以永磁同步电机为研究对象,提出了基于传统模型预测控制下的优化控制策略。本文首先介绍了永磁同步电机的数学模型,并对两电平逆变器和空间矢量的原理进行了介绍,进一步说明了矢量控制的原理。针对永磁同步电机矢量控制策略,在Matlab/Simulink软件中构造了仿真模型,通过仿真结果,分析了矢量控制下系统转速、转矩和电流的运行情况,为进一步引出模型预测控制奠定了基础。其次,阐述了传统模型预测控制的基本原理,并在此算法的基础上提出了两种优化的算法。一种是将定子电流的dq轴分量作为控制变量,通过分析电流矢量和电压矢量的关系,提出快速矢量选择模型预测控制算法;第二种是通过合成虚拟矢量,增加备选矢量个数,扩展有限控制集,并且构造含有权重因子的价值函数,该方法不但提高了预测的精度,而且控制了开关损耗,是一种简单有效的方法。并通过仿真结果,对比分析这三种模型预测控制算法的优缺点。最后,简要介绍了利用RT-LAB半实物仿真机器和外部硬件电路搭建实验平台。利用该平台对本文所采用的控制策略进行实验验证,对比分析传统模型预测控制、快速矢量选择模型预测控制和多矢量低开关频率模型预测控制的实验结果。通过三者的转速、转矩和电流,可知优化后的模型预测控制策略,有利于系统中永磁同步电机的运行。


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