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原文传递电动汽车用永磁同步电机高性能模型预测电流/转矩控制策略研究

论文题名：	电动汽车用永磁同步电机高性能模型预测电流/转矩控制策略研究
关键词：	电动汽车;永磁同步电机;模型预测电流控制;模型预测转矩控制
摘要：	由于化石能源的开发，传统燃油汽车的尾气产生许多环境污染物。电动汽车具有无污染和低噪声等优点，是解决资源匮乏和温室效应问题的重要途径。永磁同步电动机具有诸多优点，例如效率高、体积小等，被认为是替代汽油机的绿色动力源。有限集模型预测控制(FiniteSet-ModelPredictveControl,FS-MPC)因其高性能、快速动态响应和强鲁棒性而成为一种流行的控制策略。同时，它易于建立模型，不需要精确的模型和复杂的控制参数设计。本文在国家自然科学基金(51875261)和江苏省杰出青年基金项目(BK20180046)的支持下，主要开展了永磁同步电机(PermanentMagnetSynchronousMotor,PMSM)数学模型、矢量控制、基于电流轨迹圆的改进模型预测电流控制、基于占空比优化的改进模型预测转矩控制、基于dSPACE快速原型开发的实验。主要内容如下：　　1、介绍了PMSM的几种类型和运行原理，推导了3s坐标系下和2r坐标系下的数学模型，为矢量控制原理和空间矢量脉宽调制(SpaceVectorPulseWidthModulation,SVPWM)模块的介绍提供了理论依据。阐述了矢量控制领域的几种主要控制方法，特别介绍了最大转矩电流比控制方法，同时进行了仿真验证。　　2、分析了传统模型预测电流控制(ModelPredictiveCurrentControl,MPCC)会产生较大的转矩和电流波动的缺点，通过前一个采样周期的定子电压和电流来估计反电动势，并以此预测下一阶段的定子电流。为了进一步提高稳态和动态性能，提出的MPCC以电流轨迹圆代替成本函数来选择最优电压矢量，与成本函数的计算相比，电流轨迹圆的预测简单、快速。通过仿真对逆变器输出电压和灵敏度进行分析，将所提出的MPCC与传统的MPCC和基于占空比的MPCC(DutyCircleModelPredictiveCurrentControl,DCMPCC)进行了比较，证明了所提MPCC的优越性以及该方法在减小PMSM转矩和电流脉动方面的有效性。　　3、分析了传统模型预测转矩控制(ModelPredictiveTorqueControl,MPTC)具有单脉冲控制和复杂计算的特点，提出的一种改进的MPTC，在不增加采样时间的情况下和满足转矩反应性能的前提下，弥补了存在的缺点。平均转矩控制原理对占空比进行优化，得到开关时间ton和toff。然后，通过优化占空比减小了转矩和磁链脉动。为了减少计算时间，设置了由主动预测向量组成的切换表来预测合适的电压空间矢量(VoltageSpaceVector,VSV)。将所提出的MPTC与传统的MPTC比较，仿真证明所提出的MPTC在减小转矩和磁链波动方面具有优势。　　4、基于dSPACE在产品开发流程的实用性和高效性搭建了PMSM高性能控制平台，开发了传感器反馈模块、开关信号输出模块和控制算法模块组成的模块化离散仿真程序，设计了电机驱动电路和信号反馈电路，移植离散模型到Autobox的EV1048板卡，实现快速控制原型的准备工作，在上位机ControlDesk软件完成了文中所提出的基于电流轨迹圆的改进模型预测电流控制策略和基于占空比优化的改进模型预测转矩控制策略的实验验证。
作者：	吴旻凯
专业：	车辆工程
导师：	孙晓东
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2021