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原文传递基于扰动观测的永磁同步电机快速精准调速控制方法研究

论文题名：	基于扰动观测的永磁同步电机快速精准调速控制方法研究
关键词：	电动汽车;永磁同步电机;无差拍电流预测控制;模型预测控制;滑模扰动观测器;精准调速
摘要：	永磁同步电机以其体积小、功率密度高以及效率高广泛地应用于电动汽车领域。本文以永磁同步电机作为研究对象，在换挡同步阶段驱动电机通过主动转速调节完成变速器输入轴转速差的同步进行深入研究，针对纯电动车换挡同步阶段中驱动电机调速模式中电机响应速度较慢且鲁棒性较差的问题，通过理论分析、数学建模、仿真模拟以及试验验证相结合的方法，研究了一种基于扰动观测的永磁同步电机模型预测控制方法，实现了换挡同步阶段中驱动电机的快速精准调速，本文的具体工作主要包括以下几个方面：　　（1）对驱动电机进行参数匹配。根据车用电机的应用场景，对车用驱动电机的要求进行分析；以某款纯电动汽车的动力性参数为目标进行驱动电机的参数匹配；在不同坐标系下建立永磁同步电机的数学模型；对空间矢量脉宽调制控制技术的实现过程进行了详细的阐述。　　（2）电流环采用无差拍电流预测控制。阐述了无差拍电流预测控制的基本原理，并且进行稳定性分析；将传统矢量控制中的PI电流环替换为无差拍电流预测控制，较好地解决了PI控制的缺点，具有动态响应迅速、无需参数整定的优点。结果证明，当采用无差拍电流电流预测控制时，与PI控制相比，电机无负载状态启动时响应速度加快23%，有效提高了电流的响应速度。　　（3）研究了一种基于二阶趋近律的改进无差拍电流预测控制。针对永磁同步电机采用无差拍电流预测控制具有控制延时、电机参数不匹配造成电流稳态误差的问题，设计了一种基于二阶趋近律的改进无差拍电流预测控制方法从而实现对电流环的精准控制。通过将模型参数不匹配引起的扰动引入到电机的电压方程中，构建滑模扰动观测器观测系统扰动；将滑模观测器中的预测电流代替采样电流解决控制延时的问题；针对滑模观测器的抖振问题设计了以sgn为基础的二阶趋近律，并证明了控制器的稳定性；将观测估计的系统扰动通过前馈补偿的方式与无差拍电流预测控制相结合，进而提高无差拍电流控制的参数鲁棒性。结果证明，在电机参数不匹配的情况下，提出的控制方法可以有效观测出系统扰动，使得dq轴电流稳态误差均小于0.05A，有效提高了电机的参数鲁棒性。　　（4）研究了一种基于内模扰动观测器的模型速度预测控制。针对速度环采用PI控制时具有抗扰动能力差、鲁棒性差的问题，提出模型速度预测控制；利用内模扰动观测器观测外界负载扰动变化对速度环进行前馈补偿，从而提高电机系统抵抗外部负载变化的能力，提高系统的鲁棒性。结果证明，与无差拍电流控制相比，电机动态响应速度加快27%，突加负载转矩后转速波动减少40%，有效提高了电机的抗外界干扰能力，加快了电机的响应速度。　　（5）对本文所研究的基于扰动观测的永磁同步电机模型预测控制进行试验验证。利用RTU-BOX实时数字控制系统搭建永磁同步电机调速控制试验平台，进行了试验，试验结果证明，本文所采用的基于扰动观测的永磁同步电机模型预测控制算法响应迅速、抵抗外界干扰能力强。
作者：	宋爱娟
专业：	车辆工程
导师：	李波
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东理工大学
学位年度：	2022