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预测电流控制具有动态响应速度快等优点,在高性能电机控制中应用广泛。然而,在高速区,由于控制频率与电机工作频率比值较低,传统预测电流控制的电机离散模型误差较大,控制效果差。针对上述问题,本文展开了相关研究工作。
本文首先对由前向欧拉法得到的电机离散模型进行分析,确定了因前向欧拉近似造成的自由分量解和强制分量解的误差,并结合一个控制周期内转子位置的变化,分析了转速与控制频率对模型误差的影响,从而解释了由前向欧拉近似得到的电机离散模型在电机转速较高、控制频率与电机工作频率比值(载波比)较低时,产生较大误差的原因。其次,构建了适用于电机转速高、载波比较低条件下的电机离散模型,该模型通过直接求解d-q坐标系下忽略电阻项的微分方程,并考虑转子在一个控制周期内的变化,使其在一个控制周期内转子位置变化较大的情况下具有更小的模型误差。针对建模时忽略电阻压降和逆变器非理想特性等因素造成的模型误差,以及控制器所用参数偏离实际电机参数造成的参数失配问题,提出了电流补偿方案用以消除由模型误差和参数失配造成的电流跟随误差。最后,结合所构建的电机离散模型和电流补偿方案,提出了永磁同步电机预测电流控制方案,该方案在电机高速、控制频率相对较低的情况下仍可实现电流的控制。
在一套20kW电压源型两电平逆变器-内置式永磁同步电机实验平台上,对本文所提方法进行了可行性分析。实验结果表明,本文所提方法在电机转速较高、控制频率相对较低以及控制器参数偏离实际参数的情况下仍能实现电流的无静差跟随。
本文首先对由前向欧拉法得到的电机离散模型进行分析,确定了因前向欧拉近似造成的自由分量解和强制分量解的误差,并结合一个控制周期内转子位置的变化,分析了转速与控制频率对模型误差的影响,从而解释了由前向欧拉近似得到的电机离散模型在电机转速较高、控制频率与电机工作频率比值(载波比)较低时,产生较大误差的原因。其次,构建了适用于电机转速高、载波比较低条件下的电机离散模型,该模型通过直接求解d-q坐标系下忽略电阻项的微分方程,并考虑转子在一个控制周期内的变化,使其在一个控制周期内转子位置变化较大的情况下具有更小的模型误差。针对建模时忽略电阻压降和逆变器非理想特性等因素造成的模型误差,以及控制器所用参数偏离实际电机参数造成的参数失配问题,提出了电流补偿方案用以消除由模型误差和参数失配造成的电流跟随误差。最后,结合所构建的电机离散模型和电流补偿方案,提出了永磁同步电机预测电流控制方案,该方案在电机高速、控制频率相对较低的情况下仍可实现电流的控制。
在一套20kW电压源型两电平逆变器-内置式永磁同步电机实验平台上,对本文所提方法进行了可行性分析。实验结果表明,本文所提方法在电机转速较高、控制频率相对较低以及控制器参数偏离实际参数的情况下仍能实现电流的无静差跟随。