永磁同步电机最小损耗预测电流控制

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1、永磁同步电机最小损耗预测电流控制PermanentMagnetSynchronousMotorLossMinimizationPredictiveCurrentControl学科专业：电气工程作者姓名：李帆指导教师：夏长亮教授天津大学电气自动化与信息工程工程学院二零一七年十二月摘要在需要电机长时间、高负荷运行的石油开采、钢铁加工、煤炭挖掘等领域中，效率是衡量电机性能的一个重要指标。近年来，随着永磁同步电机在以上领域的应用日益广泛，采用新材料，改进电机设计或通过最小损耗控制方法来进一步提高电机效率已经成为研究热点。然而，传统的基于搜索技

2、术的最小损耗控制方法收敛速度慢，不适用于负载经常发生变化的场合，传统的基于损耗模型的最小损耗控制方法需进行复杂的参数整定工作，且整定原理及量测设备引起的参数整定误差会影响其损耗抑制效果。此外，在得到能够使电机损耗最小的电流或磁链给定值后，若不能通过合适的电机控制算法对其进行准确跟踪同样会影响损耗抑制效果。本文对传统基于模型的最小损耗控制方法进行改进，旨在设计一种无需参数计算的最小损耗控制方法。为此，首先分析了永磁同步电机运行过程中的损耗来源，并对最小损耗下的定子d轴电流关于电机铁耗与定子磁链的表达式进行推导，而后设计卡尔曼观测器对定子

3、电流的铁耗分量进行实时观测，根据观测结果计算出定子磁链幅值并从输入功率中分离出铁耗值。该方法一方面能够省去传统基于模型的损耗抑制方法中复杂的参数整定工作并避免参数整定误差对损耗抑制效果的影响，另一方面，定子电流铁耗分量的观测结果还可用于形成考虑铁耗影响的改进预测电流控制方法，进而能够消除传统预测电流控制中忽略铁耗引起的的电流跟踪误差，为提高损耗抑制效果提供有力保障。最后，本文搭建了永磁同步电机控制系统实验平台，并通过实验验证了本文所提方法的有效性。实验结果表明，采用考虑铁耗影响的预测电流控制方式能够明显改善传统方法的电流跟踪效果。本文

4、所提的基于铁耗在线计算的最小损耗控制方法具有较好的动态性能，能够在不影响稳态转矩控制效果的前提下使电机快速稳定地运行在最小损耗状态下，并具有较传统最小损耗预测电流控制方法更佳的节能效果。关键词：永磁同步电机，最小损耗控制，卡尔曼观测器，预测电流控制IABSTRACTEfficiencyhasbecomeanimportantindexforevaluatingthemotorperformanceinthefieldsofoilexploration,steelprocessing,coalmining,etc.Inrecentyea

5、rs,thepermanentmagnetsynchronousmotorhasbeenincreasinglywidelyusedinthosefields,whichmakestheimprovementofthemotormaterials,designsorimprovethelossminimizationcontrolmethodbecamearesearchhotspot.However,thetraditionallossminimizationcontrolmethodbasedonsearchtechnologyh

6、asaslowconvergencespeed,andthetraditionallossminimizationcontrolmethodbasedonlossmodelneedscomplexparametersoff-linecalculatingwork,andtheparametercalculationerrormayaffectitseffect.Inaddition,thecurrenttrackingerrorinthetraditionalpredictivecurrentcontrolmethodcasedbyn

7、eglectingtheironlosswillalsoaffecttheenergysavingeffectofthetraditionallossminimizationpredictivecurrentcontrol.Thispaperpresentsanovellossminimizationcontrolmethodbasedonironlosson-linecalculation.Theproposedmethodcalculatestheoptimald-axiscurrentwhichcanminimizethelos

8、sbythevalueoftheironlossandthefluxmodulus.AKalmanobserverisdesignedtoobservethestatorcurrentironlossvariable,a