永磁同步电机模型预测控制策略研究

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1、分类号学号Ｄ２０１２７７５４７学校代码１０４８７密级專ｆ辦技Ａ穿博士学位论文永磁同步电机模型预测控制策略研究学位申请人：刘莹学科专业：控制科学与工程指导教师：李叶松教授程善美教授答辩日期：２０１８年１１月０１日ＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉｔｔｅｄｉｎＰａｒｔｉａｌＦｕｌｆｉｌｌｍｅｎｔｏｆｔｈｅＲｅｕｉｒｅｍｅｎｔｓｑｆｏｒｔｈｅＤｅｇｒｅｅｏｆＤｏｃｔｏｒｏｆＰｈｉｌｏｓｏｐｈｙｉｎＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｇＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＭｏｄｅｌＰｒｅｄｉｃｔ

2、ｉｖｅＣｏｎｔｒｏｌＳｔｒａｔｅｆｏｒｇｙＰｅｒｍａｎｅｎｔ－ＭａｇｎｅｔＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭａｃｈｉｎｅＣａｎｄｉｄａｔｅ：ＹｉｎＬｉｕｇＭａｏｒ：ＣｏｎｔｒｏｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｉｎｅｅｒｉｎｊｇｇＳｕｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＹｅｓｏｎＬｉｐｇＰｒｏｆ．ＳｈａｎｍｅｉＣｈｅｎｇＨｕａｚｈｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｙｇｙＷｕｈａｎ４３００７４Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ，独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作

3、及取得的研究成果。尽我所知，除文中己经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：刘莹日期：２０１８年１１月０５日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本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

4、扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□Ｖ。“”（请在以上方框内打Ｖ）学位论文作者签名：刘莹指导教师签名：李叶松、程善美日期：２０１８年１１月０５日日期：２０１８年１１月０５日华中科技大学博士学位论文摘要模型预测控制（ＭｏｄｅｌＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅＣｏｎｔｒｏｌ，ＭＰＣ）应用于高性能的永磁同步电机（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ－ＭａｇｎｅｔＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭａｃｈｉｎｅＰＭＳＭ）控制系统能够处理带约束的多目，标优化一，同时提供高速动态响应能力和优异的稳态性

5、能，是种高级控制技术。但是，传统ＭＰＣ方案对系统模型敏感，在参数失配、畸变电流以及死区效应等干扰存在时，其预测精度和优化性能将受到影响，导致系统动态、稳态性能恶化，甚至发生运行故障。本文针对基于ＭＰＣ的ＰＭＳＭ控制系统存在的上述问题，分别从改善系统稳态控制精度、提高抗干扰能力以及增强系统参数鲁棒性等方面展开ＭＰＣ控制策略研究。首先，给出了基于ＭＰＣ的ＰＭＳＭ控制系统建模、求解方法，以及两步预测的补偿方案以解决ＭＰＣ控制延时的问题。针对单矢量ＭＰＣ以及占空比方案稳态性能较差的问题，提出了基于最优二矢量组合脉宽调制（ＰｕｌｓｅＷｉｄ

6、ｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＰＷＭ）优化策略的ＭＰＣ算法。新算法同时考虑所有二矢量组合与作用时间的影响，构造待选二矢量组合集合进行全局优化以减小合成矢量与参考矢量之间的误差；给出等效转换、扇区变换相结合的简化方案将待优化目标转化为两相静止坐标系中指定扇区的电压矢量，将待选二矢量组合集合转换为固定的五条线段，从而有效减小了计算量。在此基础上，给出了所提出算法的离线优化方案，将部分计算转化到离线进行，从而进一步减小了实时计算量。然后，针对电流模型的定子磁链算法严重依赖ＰＭＳＭ参数的问题，提出了基于电压模型的矢量变换与信号滤波的磁链算

7、法以增强ＭＰＣ预测、优化的参数鲁棒性。给出了所提出的磁链算法的原理，设计了基于低通滤波器和带通滤波器的矢量变换磁链算法，进而提出优化方案得到优化的磁链算法。在此基础上，对优化的磁链算法的结构进行简化以减小计算量和占用的资源，基于傅里叶分析法研究了滤波器截止频率对系统控制的影响并给出了推荐的参数组合。由于系统的外部干扰如ＰＭＳＭ参数失配、电流畸变和死区效应等导致ＭＰＣ产生预测误差一，使得系统控制性能恶化，本文分析指出ＭＰＣ中干扰体现为系列的谐波分量，研究了传统重复控制器抑制谐波干扰的原理并指出存在直流偏置影响跟踪性能的问题。提出了基

8、于简化重复控制的预测补偿