低开关频率下同步电机非线性鲁棒控制

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1、第48卷第7期电力电子技术Vo1．48，No．72014年7月PowerElectronicsJuly2014低开关频率下的同步电机非线性鲁棒控制张金科，杨东茂(1．中国矿业大学，信息与电气工程学院，江苏徐州221008；2．神华包神铁路集团有限责任公司，电务段，内蒙古鄂尔多斯017000)摘要：通过降低开关频率可提高中压变频器功率，但会造成定子电流励磁分量与转矩分量耦合。为解决此问题，在永磁同步电机(PMSM)直接反馈线性化控制基础上，充分考虑变频器在低开关频率下的延迟特性，结合不确定模型鲁棒问题的标准分析方法，设计了一种基于仿射非线性系统的鲁棒控制器。该控制器能在低开关频率下实

2、现对定子电流励磁分量与转矩分量的动态解耦，仿真及实验验证了鲁棒控制器的有效性与可行性。关键词：永磁同步电机；低开关频率；非线性鲁棒控制中图分类号：TM341文献标识码：A文章编号：1000—100X(2014)07-0051-03NonlinearRobustControlforSynchronousMotoratVeryLowSwitchingFrequencyZHANGJin．ke．YANGDong—mao(1．ChinaUniversityofMiningandTechnology，Xuzhou221008，China)Abstract：HighpowerPWMinverte

3、rsformediumvoltageapplicationsoperateatverylowswitching~equencytoreducedynamiclosses，whichbringsaboutaheavycross-couplingbetweenthestatorcurrentcomponentidandiq．Tosolvethisproblem，anonlinearrobustcontrollerisproposed．Thiskindofcontrollerwhichisbasedondirect~edbaeklinearizationtakesfullconsider

4、ationoftheinverter’Sdelayfeature，atthesametime，the口controltheoryisappliedintoenhancesystemrobustness．Simulationandexperimentalresultsshowthatthiscontrollerdecouplesstatorcurrentwellatlowswitchingfrequency．Keywords：permanentmagnetsynchronousmotor；lowswitchingfrequency；nonlinearrobustcontrolFoun

5、dationProject：SupportedbyInnovationProjectforPostgraduateEducationofJiangsuProvince(No．CXLXI3_939)1引言2原理与设计随着耐热、高磁性钕铁硼永磁材料的研制成2．1永磁同步电机模型功．大功率PMSM在机车牵引、船舶推进、武器装PMSM采用转子磁链定向的矢量控制，在旋备等领域得到日益广泛的应用【”。电力装置在提转坐标系下的电机模型为：升功率的同时．开关损耗会随之增加，为提高中压fud=R~id—nD占gig+(diJdt)Ld大功率变频器出力．需要降低电力器件的开关频Juq=Rjq+n~,L

6、did+rtpO)+(／dt)Lg⋯率。这会造成两方面影响：①开关频率降低意味着I=(3／2)n[+(Ld—L)q]空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略中对给定电压ldwJdt=(一一鼬)／J矢量的采样周期变长，使得调节器输出信号存在明式中：，为三相定子电压的d，q轴分量；id，i为三相定显延迟效应f2]；②当开关频率和被控对象固有频率子电流的d，q轴分量；为永磁体基波励磁磁链在定子绕处于同一数量级时。这种在一个采样周期内假定组上的耦合磁链；，厶分别为直轴同步电感和交轴同步电感；R为定子电阻；n为极对数；∞为转子机械角速度；被控对象状态近似不变的调制策略就会失效『3]。．，为转子和所

7、带负载的总转动惯量：曰为粘滞摩擦系数。这里首先使用反馈线性化方法将逆变器与PMSM在低开关频率下设计控制器时。需考虑PWM的整体模型分解成两个相互独立的子系统，然后环节惯性特性，采用一阶滞后环节模拟，可得：采用鲁棒控制理论来抑制系统的结构摄动。这里+d一，，~-ztuq／dt+Uq+(Dr'／"#d：uq(2)针对上述两方面的影响展开分析和论述。式中：，’为控制器产生的d，g轴参考电压；Ud，aq为PMSM定子电压的d，q轴分量；为PWM惯性环节的时基金项目：江苏省研