永磁同步直线电机电流预测控制方法研究

摘要

在高精度交流调速领域，永磁同步直线电机(Permanent magnet linear synchronous motor，PMLSM)因具有损耗低、推力强度高、响应快等优点，成为近年来的研究热点。电流环作为最内环，是控制单元与直线电机之间的中枢环节，具有高带宽的电流闭环系统是获得较高的速度环带宽、提高控制系统跟踪精度的基础;此外，永磁同步直线电机是一类非线性、强耦合的被控对象，由于没有中间环节的缓冲，外部扰动会直接作用在电机上，这将对永磁同步直线电机的控制性能造成较大影响。因此，鲁棒性强的电流控制策略对高精度永磁同步直线电机控制系统而言至关重要。电流预测控制(Predictive current control，PCC)因其优良的暂态性能，成为了永磁同步直线电机控制系统中一个研究热点。然而，电流预测控制也存在问题，其控制精度易受到电机模型参数的影响、在模型失配和参数摄动时控制精度低甚至系统不稳定。 针对上述问题，本文研究了一种基于内模干扰观测器(Internal model disturbance observer，IMDO)的永磁同步直线电机电流预测控制方法。首先，介绍了永磁同步直线电机的数学模型、坐标变换方法以及矢量控制系统的基本思路；其次，针对电流预测控制方法，详细阐述了控制率和控制器的设计，并计算得到了能够保证控制器稳定的参数范围。当发生模型失配或参数摄动时，电流预测控制器的控制效果减弱，因此文中对内模干扰观测器的原理和设计思路进行了详细的介绍，并通过计算得到了离散化的内模干扰观测器控制率，用于数字控制系统中，实现对系统扰动的观测与补偿。 最后，本文使用Matlab/Simulink软件对基于内模干扰观测器的电流预测控制方法进行了仿真验证，并且在搭建的交流电机控制系统实验平台上对本文研究的算法进行了实验验证，仿真和实验结果验证了本文研究算法的正确性和有效性。

目录

声明

主要符号表

1 绪论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1 .2 永磁同步直线电机控制方法研究现状

1 .3 永磁同步直线电机电流环控制策略国内外发展现状

1 .4 本文主要研究内容与安排

2 永磁同步直线电机控制模型

2 .1 永磁同步直线电机结构与基本工作原理

2.1.1永磁同步直线电机基本结构

2.1.2永磁同步直线电机工作原理

2 .2 永磁同步直线电机数学模型及坐标变换

2.2.1 三相静止坐标系下的永磁同步直线电机数学模型

2.2.2两相静止坐标系下的永磁同步直线电机数学模型

2.2.3两相旋转坐标系下的永磁同步直线电机数学模型

2 .3 永磁同步直线电机矢量控制基本原理

2.3.1矢量控制技术基本原理

2.3.2电压空间矢量控制

2.3.3永磁同步直线电机矢量控制系统

2 .4 本章小结

3 永磁同步直线电机电流预测控制

3 .1 永磁同步直线电机电流预测模型建立

3 .2 永磁同步直线电机电流预测控制电流环时序分析

3 .3 永磁同步直线电机电流预测控制算法参数敏感性分析

3 .4 永磁同步直线电机电流预测控制稳态性能分析

3 .5 本章小结

4 基于内模干扰观测器的永磁同步直线电机电流预测控制

4 .1 内模干扰观测器设计及稳定性分析

4.1.1内模干扰观测器设计

4.1.2内模干扰观测器稳定性分析

4 .2 基于内模干扰观测器的永磁同步直线电机电流预测控制系统

4 .3 本章小结

5 基于内模干扰观测器的永磁同步直线电机电流预测控制仿真

5 .1 仿真结构

5 .2 仿真结果验证及分析

5.2.1系统正确性验证

5.2.2突加减负载仿真结果1、低速时仿真验证及分析

5.2.3参数鲁棒性仿真结果

5 .3 本章小结

6 基于IMDO的永磁同步直线电机电流预测控制实验验证

6 .1 实验平台

6 .2 实验结果验证及分析

6.2.1系统正确性验证

6.2.2突加减负载实验结果

6.2.3参数鲁棒性实验结果

6 .3 本章小结

7 结论

7 .1 论文工作总结

7 .2 工作展望

致谢

参考文献

硕士学习期间科研成果和奖励

1 发表的论文、申请的专利

2 获得的奖励