繞組分段永磁直線同步電機電流預(yù)測控制的研究.pdf

1、永磁直線同步電機（ Permanent magnet linear synchronous motor，PMLSM）因其具有力能指標高、損耗小、響應(yīng)速度快等優(yōu)點，在數(shù)控機床、高速運輸、電磁彈射和提升系統(tǒng)等場合都有著廣泛的應(yīng)用前景。而繞組分段永磁直線同步電機（Segment winding PMLSM，SW-PMLSM），由于其初級繞組分段的結(jié)構(gòu)特點，降低了直流母線的供電電壓，方便了電機的維護，提高了系統(tǒng)安全性。并且，通過有效的供電、控制

2、，可以降低電機損耗，提高系統(tǒng)效率。因此，實現(xiàn)SW-PMLSM的有效控制，對其應(yīng)用推廣具有積極的意義。
　　用于控制算法的電磁參數(shù)的精確度對伺服控制系統(tǒng)性能影響至關(guān)重要。考慮到動子位置變化對 SW-PMLSM電磁參數(shù)的影響，根據(jù)有無動子將電機模型分為有動子區(qū)域和無動子區(qū)域?；陔姶艌隼碚搶蓞^(qū)域的電磁場進行解析分析，得到動子在不同位置時的氣隙磁密表達式。進一步推導(dǎo)了單段電機的繞組自感、互感和兩段電機繞組間的互感，得到動子位置變化對這

3、些電感的影響規(guī)律?；诖艌龆ㄏ蚩刂评碚撏茖?dǎo)了直交軸電感受動子位置變化的影響規(guī)律。同時基于反電勢產(chǎn)生機理，提出根據(jù)段邊界處兩段電機的反電勢獲取各段電機永磁體磁鏈的方法。另外，通過對一個波動周期的定位力進行仿真分析，得到定位力的諧波成分，并采用曲線擬合方法識別出定位力的變化規(guī)律，為定位力的補償控制奠定了基礎(chǔ)。
　　從電機推力動態(tài)響應(yīng)性能的角度，本文在對多種電流控制策略進行比較的基礎(chǔ)上，確定了將預(yù)測控制作為本課題 SW-PMLSM的電流

4、控制策略?；诖艌龆ㄏ蚩刂评碚?，分別推導(dǎo)了動子在非共用區(qū)和共用區(qū)的SW-PMLSM的連續(xù)與離散系統(tǒng)模型，建立了 SW-PMLSM的運動方程表達式，完善了 SW-PMLSM的全程控制模型表達式，為電流預(yù)測控制奠定了理論基礎(chǔ)。在完成對逆變器模型、SW-PMLSM模型進行建模的基礎(chǔ)上，提出了一種基于電流誤差矢量的電流預(yù)測控制方法（CEVPC），提高了系統(tǒng)電流的動態(tài)響應(yīng)能力。鑒于CEVPC控制不能實現(xiàn)零電流誤差的缺點，兼顧 SVPWM的優(yōu)點，提

5、出了基于SVPWM的Deadbeat電流預(yù)測控制方法（SVPWM-DBPC）。通過矩陣與向量之積及dq平面電壓矢量的圖解形象地說明了SVPWM-DBPC的原理。
　　預(yù)測控制為基于系統(tǒng)模型的控制方法，其控制效果與模型參數(shù)的準確度直接相關(guān)。文中分別基于繞組電阻、直交軸電感和永磁體磁鏈三個參數(shù)的變化對CEVPC控制系統(tǒng)與SVPWM-DBPC控制系統(tǒng)性能的影響規(guī)律進行分析；研究直流母線電壓限制和逆變器電流限制對系統(tǒng)性能的影響；并研究受限

6、制條件下，參考電壓矢量的調(diào)整方法。針對數(shù)字處理器存在延時問題，剖析產(chǎn)生延時的機理，研究不同運動狀態(tài)下各預(yù)測量的延時現(xiàn)象及其補償方法。
　　基于Flux軟件和Matlab軟件的聯(lián)合仿真平臺對控制系統(tǒng)進行仿真分析。對基于CEVPC和SVPWM-DBPC的段間恒推力控制和段間勻速運動控制分別進行仿真分析。搭建系統(tǒng)的驅(qū)動控制硬件平臺，重點考慮關(guān)鍵單元電路的設(shè)計與關(guān)鍵參數(shù)的選取，為系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運行提供保障。分別對基于CEVPC和SVPWM

7、-DBPC的SW-PMLSM段間恒推力控制和段間勻速運動控制進行實驗研究，對所提方法加以驗證。此外，對定子段非正確導(dǎo)通對系統(tǒng)運動性能的影響進行實驗研究。
　　理論分析、仿真研究和實驗驗證表明：本文所提出的基于CEVPC和SVPWM-DBPC的SW-PMLSM控制系統(tǒng)，通過段間恒推力控制實現(xiàn)了全行程恒推力特性，適合于要求推力平穩(wěn)的應(yīng)用場合；而通過段間勻速運動控制實現(xiàn)了全行程勻速運動特性，適合于要求勻速運動場合。另外，兩種運動控制的實