基于扩展卡尔曼滤波的永磁同步电机有限集模型预测控制策略研究

作     者：徐越 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李洪凤

授予年度：2022年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：永磁同步电机 有限集模型预测控制 增量预测模型 扩展卡尔曼滤波 

摘      要：永磁同步电机有限集模型预测控制策略具有易于处理约束优化问题、动态性能好等优点,但其仍然存在如参数依赖性强,权重系数整定困难,算法计算量大等问题。为此,本文针对上述问题进行研究。首先,为了解决永磁同步电机有限集模型预测电流控制策略中存在的参数依赖性问题,本文引入了无磁链的增量预测模型,增量预测模型中不存在磁链参数,且电阻失配带来的预测误差极小,可以忽略不计。以此为基础,本文提出了基于扩展卡尔曼滤波的增量模型预测电流控制策略,忽略电阻的影响,将q轴增量方程作为状态方程,利用扩展卡尔曼滤波器对电感进行在线辨识,并在模型中实时更新,提升了控制策略的参数鲁棒性。此外,针对永磁同步电机传统有限集模型预测转矩控制策略中权重系数难以整定的问题,本文对转矩和定子磁链幅值使用无差拍控制,得到参考电压矢量,将对转矩和定子磁链幅值的追踪转变为对参考电压矢量的追踪。论文提出一种快速选择电压矢量的方法,在空间电压矢量图中建立零矢量区域,当参考电压矢量位于零矢量区域内时,选择零矢量作为最优电压矢量,当参考电压矢量位于零矢量区域外时,根据参考电压矢量的位置角判断其所处的扇区,选择扇区内的非零矢量作为最优电压矢量。同时为降低控制策略的参数敏感性,使用扩展卡尔曼滤波器算法对电阻和电感参数进行在线辨识,并反馈至模型中,避免了参数失配带来的控制效果变差的问题。最后,论文在两电平逆变器永磁同步电机控制系统上对两种改进的控制策略进行了仿真与实验,验证了所提控制策略的优越性。