永磁同步电机的预测电流控制算法研究

图 １ 逆 变器 主 电 路
柚＝置 ｉ （ ＋ 【 十 —ｉ （ 砷 ／ ＋ 柚
（ １ ２ ）
逆 变器 的开 关状 态 取决 于 门控 信 号Ｓ ａ 、
Ｓ ｂ、 ＊ｉ ｌ Ｓ ｃ， 如 下 ：
从 而 可 推 导 出 下 一 采 样 时 刻 的 电流 值 ：
ｒ ＋１ ） ＝ｌ （ 砷＋ 【 舫 一 髓（ 妨一《砷 ， Ｔ （ １ ３ ）
…
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一
皇王研宠一 （ （ ＿ －
永磁 同步 电机 的预测 电流控制 算法研 究
湖 南文理 学院 电气与信 息工程 学院 齐庭庭
【 摘要 】为提高永磁 同步电机 （ Ｐ ＭＳ Ｍ ） 的调速性 能，本 文在分析Ｐ ＭＳ Ｍ￣数 学模型和 预测电流控制原理的基础上 ，建立 了采用 预测电流控制的三相 电压型逆变器驱动Ｐ ＭＳ Ｍ 的系统仿 真模型，结果表明 ，系统开关频率恒定， 电流变化 比较平稳， 鲁棒性强 ，且具有 良好的动静 态性能 ，验证 了所提方 案的有效性 。 【 关键词 】永磁同步 电机 ；预测 电流控制 ；鲁棒 性
图（ ｃ ） 转 矩 仿 真 图 图４ Ｔ ｅ ＝ ｌ ｍ 时ｎ ￣ ＝ ２ Ｏ Ｏ ｒ ／ ｍ 仿 真 结 果
１ ＿ ｌ 】 ｓ 问 台 ， 断 开 １ ｑ 断 开 ， 闭 台 』
一
（ １ ）
（ ２ ）
ｆ ｌ ， 台 ， 断 开１
１ ０ ， １ 断 开， ｓ 闭 台』
一
３ ． 永磁 同 步 电 机 负 载 数 学 模 型 在 平 衡 三 相 负 荷 中 ， 电 流 可 以被 定 义 为 一
个 空 间矢 量 ：
＝
（ 。 十口
（ ７ ）
负 载 电压 为 ：
ｉ Ｌ
— — —
Ｌ蔫
—
； （
为：
ｖ： ｉ ＋ ＋口
）
（ ８ ）
这 样 ， 可 以用 矢 量 方 程 描 述 负 载 动 态 电流
ｄ ｔ （ ９ ） 式（ ９ ） 中 ｖ 为 逆 变 器 输 出 的 电压 ，Ｌ 为 电机 负载定子 电感，Ｒ 为 负 载 电 阻 ，ｅ 为 负 载 的 反 电 动势。 ４ ． 预 测 电 流 控 制 方 法 ４ ． １ 预 测 电 流 原 理 基 于 离散 性 质 的预 测 控 制 ，其 控 制实 质 是 利 用ｋ 时 刻逆 变 器和 电机 的离 散模 型 ，计算 出 ｋ ＋ １ 时 刻逆变器的最优控制电压空间矢量， 以决 定 逆 变 器 三 相 桥臂 开 关 的通 断 状 态 。用恒 定频 率 采 样 ｋ 时刻 电机 的实 际 定子 电流 ， 并将 该 时 刻 的 电流 值 与ｋ ＋ ｌ 时 刻 的预 测 给 定 电流 值 相 比较 ， 选 出系 统 最 优 控 制 电压 ， 使 得 电流 误 差 Ａ ｉ ＝ ＋ １ ） 一 （ ＋ １ ） 值 为 最小， 从 而 达 到 永 磁 同 步 电机 实 际 电流 以最 优 特 性跟 踪 给 定预 测 电流 的控制 效 果 。 由上 所 述 ， 电 机 定 子 电流 空 间 矢 量 为 ：
曼… ＿ ｏ ． ０ 王… ・ ． ． 旦 …Ｏ ． 璺 譬 ． ． ． …一 三． ． ０ ＿ ：
图（ ｂ ） 电 流 仿 真 图
ｆ （ 砷＝三 Ｉ ｉ ｏ （ ｋ ） ＋ 口 ｂ （ ＋ 口 气（ 坤ｌ
）一
…、
根据式 （ ９ ） 电机运行时相 电压模型， 可 得 其 离散方程 ：
图（ ａ ） 转 速 仿真 图 ６ Biblioteka ４ 詈 ２
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…
一一
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４ ６
； ｊ （ ＋ ＋ ａ ）
其离散 形式为：
（ Ｉ １ ＿ ｏ Ｉ Ｉ ） １
一 Ｌ ｌｌ Ｊ
１ 引 言
永 磁 同 步 电机 以其运 行 效 率 高 、转 矩体 积 比 高 以及 控 制 灵 活等 优 点 而 广 受关 注 ，近 年来 国 内 外 学 者 们 永 磁 同步 电机 的控 制 策 略 研 究 ，取 得 了 定 的进 展 。 目前 对 永 磁 同 步 电机 的 研 究方 法 主 要 有 ：直 接 转 矩控 制 、滑模 变 结 构 控 制 、解 耦 控 制 、矢 量 控 制 等 。 …提 出 了 电流 反 馈 电压 解 耦 控 制 方 法 ，取 得 的 效果 明显 ， 但系 统 鲁 棒 性较 差 。 阐述 了一 种 基 于 新 型指 数 趋 近 律 的 滑 模变 结构 控 制 策 略 ，有 效 的改 善 了 滑模 控 制 的 固有 抖 振 情 况 ，使 趋 近 速 度上 升 ，但 只 是对 表 贴 式 永磁 同步 电机 进 行 了相 关 的验 证 。 预 测 控 制 算 法 是 目前 的 一 种 新 型 研 究 方 法 ， 与 已 有 控 制 策 略 相 比 ， 可 以使 电流 的 谐 波 含 量 更低 、 系 统 动 态 响 应 性 能 更 高 。 当 建 立 好 准 确 的系 统 模 型 后 ， 对 系 统 各 状 态 变 量 进 行 实 时， 检 测 ，能够 基本 上实 现系 统无差 拍控 制 ， 提高系统控制性能 ３ ５ １ 。 本 文 对 基 于 三 相 电压 型 逆 变 器 的永 磁 同步 电机 电 流 预 测 控 制 方 法 进 行 了 研 究 ，推 导 了永 磁 同 步 电机 的 系 统 数 学 模 型 ，阐 述 了 电 流 预 测 控 制 方法 的 原 理 ， 并 对 最 优 控 制 电压 进 行 了计 算 ， 最 后 建 立 了 系 统 的仿 真 模 型 ，通 过 仿 真 验 证 了所 提 方 案 的可 行性 。 ２逆 变 器 的 矢 量 模 型 逆 变 器 主 电路 如 图 １ 所示 ｌ ６