开绕组永磁同步电机(Open Winding Permanent Magnet Synchronous Motor,OW-PMSM)是由传统永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)绕组中性点打开后外接一个逆变器得到的。同PMSM相比,OW-PMSM由双逆变器供电,降低了单个逆变器的电压等级要求。此外,OW-PMSM还具有多电平调制效果以及出色的容错能力。OW-PMSM继承了开绕组结构和PMSM的优点,实现了在大容量大功率场合的应用。其中,共直流母线型OW-PMSM体积更小、经济成本更低,但是共直流母线结构为零序电流提供了通路,需要考虑零序电流抑制的问题。本文将以共直流母线型OW-PMSM为研究对象,重点研究了模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)在共直流母线型OW-PMSM系统中的优化控制策略。本文的主要研究内容如下:(1)针对OW-PMSM系统中传统单矢量模型预测电流控制(Conventional Single Vector Model Predictive Current Control,CSV-MPCC)方法的控制效果受到固定死区影响的问题,本文提出了一种考虑死区影响的OW-PMSM模型预测电流控制(Model Predictive Current Control considering Dead-Zone Effect,MPCC-DZE)方法。首先分析了死区对CSV-MPCC方法造成的影响及死区电压矢量的判断原则,然后将逆变器2中死区电压矢量的作用时间当成一个变量参与作用时间的重新分配。结合电流无差拍控制原理,可以利用dq0轴的电流信息计算出逆变器2的可变死区时间,从而实现逆变器2中双矢量控制的效果,这将有效提升OW-PMSM系统的稳态性能。(2)针对OW-PMSM系统中CSV-MPCC方法控制效果的改善受限于电压矢量个数的问题,本文提出了一种简单的基于占空比控制的OW-PMSM模型预测电流控制(Model Predictive Current Control based on Duty Ratio Control,MPCC-DRC)方法。首先,利用快速矢量选择方法确定双逆变器的最优电压矢量。然后,结合参考电压预测模型和电流无差拍控制原理计算双逆变器中有效电压矢量的作用时间并通过对零电压矢量的作用时间重新排序有效减少开关动作次数,这在一定程序上降低了矢量个数增加导致的开关损耗。通过在CSV-MPCC方法中引入占空比控制,可以进一步提升OW-PMSM系统的稳态性能。最后,通过实验对CSV-MPCC方法、MPCC-DZE方法和MPCC-DRC方法的控制效果进行了对比,实验结果验证了本文所提方法的有效性和创新性。
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