為了提高內(nèi)置式永磁同步電機(jī)（IPMSM）的轉(zhuǎn)速控制性能,該文提出一種線性變參數(shù)模型預(yù)測控制（LVP-MPC）算法,利用擴(kuò)展卡爾曼濾波器（EKF）對負(fù)載轉(zhuǎn)矩等未知參數(shù)進(jìn)行估計來提高魯棒性,通過將IPMSM的動態(tài)模型在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點處線性化,把得到的線性狀態(tài)方程等效為增量形式,并設(shè)計增量形式的預(yù)測模型以及代價函數(shù)實現(xiàn)了轉(zhuǎn)速與電流的最優(yōu)調(diào)節(jié),從而克服了因模型參數(shù)不匹配以及外部擾動引起的穩(wěn)態(tài)誤差。同時,用多面體約束來近似驅(qū)動系統(tǒng)的電壓、電流的二次型約束條件,最終將所提出的模型預(yù)測控制（MPC）最優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)形式的二次規(guī)劃（QP）而求解。仿真及實驗結(jié)果表明,所提算法具有良好的轉(zhuǎn)速動態(tài)性能和無偏差的轉(zhuǎn)速指令跟蹤能力。 

【文章來源】：電工技術(shù)學(xué)報. 2020,35(22)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

實驗裝置Fig.4Experimentalsetup

+=+xxUPFPFQ（32）[]Te1Tekeeee(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)kkkkkkkkkkkkkkkkk+=+++++++=+++++++=++++KPHHPHRxxKYHxPPKHP（33）式中，下標(biāo)“e”表示在測量值更新之前獲得的先驗估計值；52()×K∈R為卡爾曼增益矩陣；55()×P∈R狀態(tài)估計誤差的協(xié)方差矩陣；55()×F∈R和H()∈2×5R為雅可比矩陣。2.5控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖3給出了所提控制方案的系統(tǒng)框圖，使用旋轉(zhuǎn)變壓器測量實際轉(zhuǎn)子位置并通過計算得到實際轉(zhuǎn)速Ω；使用霍爾電流傳感器測量相電流并最終得到經(jīng)過EKF濾波后的di、qi；連同負(fù)載轉(zhuǎn)矩器觀測的LT一同作為反饋參與到所提算法中的目標(biāo)向量獲娶模型線性化以及MPC滾動優(yōu)化計算中，將得到最優(yōu)控制輸入電壓經(jīng)調(diào)制后作用于電機(jī)。圖3控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig.3Blockdiagramofthecontrolstructure3仿真及實驗結(jié)果分析為了驗證所提算法的有效性和正確性，使用Matlab/Simulink軟件進(jìn)行了仿真驗證，同時搭建了以英飛凌處理器TricoreTC1782為控制核心的電壓源型逆變器實驗平臺開展實驗研究，實驗裝置如圖4所示。圖4實驗裝置Fig.4Experimentalsetup仿真及實驗中使用的電機(jī)參數(shù)見表1�？紤]到在采樣時刻skT求得的最優(yōu)控制電壓作用于系統(tǒng)后，在s（k+1）T時刻dq軸電流才會發(fā)生變化，這意味著控制預(yù)測時域需要滿足2pN≥才會獲得比較理想的效果，本文取3pN=。代價函數(shù)中的懲罰矩陣Q和R之間的比率權(quán)衡系統(tǒng)快速性和?

)=diag(0.2,0.2,0.1315,0.145,0.05),()diag(0.1,0.1)kRk=。表1IPMSM電機(jī)參數(shù)Tab.1IPMSMSpecifications參數(shù)數(shù)值額定電壓/V330額定功率/kW40額定轉(zhuǎn)矩/(N·m)100額定轉(zhuǎn)速/(r/min)4000永磁磁鏈/Wb0.0682d軸電感/H0.000067q軸電感/H0.000237轉(zhuǎn)動慣量/(kg·m2)0.043.1LPV-MPC轉(zhuǎn)速動態(tài)響應(yīng)仿真結(jié)果設(shè)定電流約束條件s_maxI=578A，電機(jī)空載，在第0s、0.15s和0.3s時刻，分別以階躍的形式給定目標(biāo)轉(zhuǎn)速2000r/min、4000r/min和2000r/min，圖5為動態(tài)響應(yīng)過程中電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、dq軸電流、電壓及其矢量幅值的波形�？梢娹D(zhuǎn)速的動態(tài)響應(yīng)非常快，其原因是在每次加速、減速過程中，MPC控制器都能提供快速的最優(yōu)控制電壓（見圖5c）作用于定子，激發(fā)出定子dq軸電流（見圖5b）繼而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩（見圖5a）。由圖5a和圖5b可知，在每次轉(zhuǎn)速動態(tài)響應(yīng)過程，都能以最大電流來生成轉(zhuǎn)矩完成加減速動作。由圖5b和圖5c可知，在0.15s及0.3s的轉(zhuǎn)速階躍響應(yīng)過程中電壓矢量幅值sU、電流矢量幅值sI存在同時觸發(fā)最大幅值的約束條件的動態(tài)過程，證明了本文所提出的轉(zhuǎn)速控制算法能夠在充分利用最大可輸出母線電壓的同時嚴(yán)格遵守電流約束條件，提供盡可能大的輸出轉(zhuǎn)矩，以達(dá)到快速的轉(zhuǎn)速動態(tài)響應(yīng)，即在滿足多變量約束條件下提供最優(yōu)控制性能。當(dāng)電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，轉(zhuǎn)速波動極小且無穩(wěn)態(tài)誤差。由于所提出的轉(zhuǎn)速預(yù)測控制算法具有前饋-反饋的結(jié)構(gòu)，并能夠提供最優(yōu)控制電壓，因此實現(xiàn)了快速的轉(zhuǎn)速動態(tài)響應(yīng)，且動態(tài)過程無超調(diào)。3.2LPV-MPC魯棒性仿真結(jié)果考慮到IPMSM的電感參數(shù)對鐵心的?


本文編號：3365214