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三相八开关容错逆变器驱动PMSM控制策略的研究

杨来宝  
【摘要】:由于永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine,PMSM)具有效率高、维修方便等优点,被广泛应用于农业生产等领域。因此,永磁同步电机控制将成为控制系统领域的必然趋势。目前,电压源逆变器的驱动电机控制系统主要有:两电平和三电平中点钳位(Neutral-Point-Clamped,NPC)性逆变器。三电平NPC性逆变器与两电平相比具有电磁干扰小、开关损耗小等优点。如果三电平NPC逆变器桥臂的一部分发生故障,则电动机控制系统也会发生故障,并且该系统将不再能够正常运行。它甚至可能影响整个系统的安全运行并造成不必要的损失。逆变器在性能较高的交流控制系统中是最容易出现故障的。因此,对系统进行容错控制具有重要性的意义。通过这些年的研究,发现了三电平NPC逆变器容错控制方案。与其他容错系统相比,该解决方案具有更简单的结构,而且还具有更低的成本和更高的抗负载能力。近年来,模型预测转矩控制(Model Predictive Torque Control,MPTC)被尤为重视。MPTC约束处理能力较好。它能明显地减少转矩脉动,降低电流总谐波值(Total Harmonic Distortion,THD),对系统的性能也有所改善。因此本论文采用MPTC来控制三相八开关容错逆变器(Three Phase Eight Switch Fault Tolerant Inverter,TPESFTI)电机系统。通过以下方面研究本文内容:(1)本文首先对电压不平衡的问题进行了详细的研究与分析,并结合系统的工作过程,构建了TPESFTI与PMSM的数学模型。其次为了达到降低计算量的目的,本文构建了三相八开关容错逆变器的PMSM驱动系统模型预测控制系统。(2)为了降低计算量等问题,本文还设计出快速矢量选择下的MPTC策略。与此同时,为了达到提高系统的动态性、鲁棒性等目的,对滑模转速调节器也进行了一定设计。(3)为了很好的处理抖振现象,通过将滑模控制,分数阶微分理论优点互相放在一起,接着采用dq旋转坐标系的方法,把输入量定为定子电流及定子电压,继而构造出分数阶滑模观测器,对系统的转速控制进行快速性,准确性,实时性的估计。(4)针对TPESFTI的同步电机系统,设计了三种观测器。同时,考虑到MPTC计算中的不平衡电压等问题,设计出最优性最小目标函数。


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