基于永磁同步电机系统的模型预测控制研究

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1、中图分类号：TP271论文编号：102870318-SX159学科分类号：081101硕士学位论文基于永磁同步电机系统的模型预测控制研究研究生姓名邓金学科、专业控制理论与控制工程研究方向非线性控制系统及应用指导教师李涛副教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringOnModelPredictiveControlforPermanentMagnetSync

2、hronousMotorSystemAThesisinControlTheoryandControlEngineeringbyDengJinAdvisedbyAssociateProfessorLiTaoSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，

3、也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要永磁同步电机因为具有能源利用效率高、结构简单、运行可靠等优点，在油田开采、风力发电、工业机器人、高精度数控车床和新能源汽车等领域得到了广泛的应用与发展。在很多领域，传统的控制方法已经难以满足永磁同步电机系统高性能的控制需求，所以深入研究并提出新的电机控制方法

4、，具有重要的理论意义和应用前景。因此本文对基于永磁同步电机系统的模型预测控制进行了研究，给出了两类模型预测控制算法的改进思路。论文主要工作和创新点如下：首先，针对应用于表贴式永磁同步电机控制系统的单环预测控制在构造预测模型时，在整个预测时域内，都忽略外部负载转矩的影响，模型不够精确的问题，提出了一种分段函数形式的状态预测模型，同时为了降低算法的计算量，对模型进行降阶处理，最终构造了一种二阶线性预测模型，并围绕该模型设计了单环预测控制器。仿真结果表明，对外部负载转矩的精确建模提高了单环预测控制器的控制性能。其次，针对三相开关换流的空间矢量脉宽调

5、制算法计算步骤复杂的问题，提出了一种改进的脉宽调制方法。该方法通过求解三元一次方程组确定逆变器三相桥路的导通占空比，再通过导通占空比求解切换时间，继而产生PWM波。仿真结果表明，对调制算法的简化并不影响调制效果。最后，针对电流预测控制多采用枚举法选择理想电压矢量，计算量较大，算法实时性差的问题，提出了一种简化电压矢量选择的方法。该方法先确定与最优电压矢量最接近的非零电压矢量，然后比较该非零电压矢量与零电压矢量的电流控制效果，最终选出当前时刻的控制电压，将枚举的范围由原来的8个基本电压矢量缩减为2个基本电压矢量。仿真结果表明，简化算法与原算法的

6、电压矢量选择效果一致，且基于简化电压矢量选择的电流预测控制算法的动态性能更加优越。关键词：永磁同步电机，模型预测控制，线性预测模型，电流预测控制，脉冲宽度调制I基于永磁同步电机系统的模型预测控制研究ABSTRACTPermanentmagnetsynchronousmotorhasbeenwidelyusedinextractionofoil,windpowergeneration,industrialrobots,highprecisionCNClathe,andnewenergyvehiclesinceitpresentthefeatur

7、esofhighenergyutilizationrate,simplestructure,andreliableoperation.Inmanyfields,thosetraditionalcontrolmethodscomeintotheproblemonhowtosatisfyhighercontrolneedsthanbeforeinpermanentmagnetsynchronousmotorsystem.Therefore,itisofgreatpracticalsignificancetomakeanintensiveresea

8、rchonnewmotorcontrolmethod.Thusinthisdisertation,themodelpredictivecontrolbasedonp