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原文传递电动汽车用内置式永磁同步电机模型预测控制研究

论文题名：	电动汽车用内置式永磁同步电机模型预测控制研究
关键词：	电动汽车;永磁同步电机;有限集模型预测控制;比例-积分-微分型代价函数;扩张状态观测器;扰动补偿
摘要：	为了应对传统燃油汽车带来的能源缺乏和环境危机，我国在“十四五”规划中明确提出要加大力度发展电动汽车技术。永磁同步电机（PermanentMagnetSynchronousMotor，PMSM）凭借其运行安全、高效等优点，在电动汽车领域中的应用日趋广泛。当电动汽车行驶在复杂工况时，电机驱动系统要满足其频繁启停和加减速的输出转矩响应性能和良好的动态、稳态控制性能的需求。因此，对先进的电机控制理论技术进行研究是提高电动汽车的电驱动系统控制性能的关键。基于模型预测控制（ModelPredictiveControl,MPC）的PMSM系统具备足够的动态响应性能和稳态控制精度，可满足电动汽车高性能控制目标的需求。但是，基于MPC的PMSM系统的控制性能依赖电机的预测模型，有很多因素会导致预测模型的电机参数失配，如电机温度和磁路饱和程度等因素，所产生的预测控制误差会恶化电机控制系统的动、稳态控制性能。针对MPC存在电机参数敏感的问题，本文分别从提高动态响应性能、稳态控制性能、系统的抗干扰能力和参数鲁棒性等方面入手，对鲁棒模型预测控制展开深入研究。　　首先，针对内置式永磁同步电机（InteriorPermanentMagnetSynchronousMotor，IPMSM）传统矢量PI控制策略存在动态性能差、控制精度不足和响应时间慢等劣势，提出了基于有限集模型预测控制（Finite-Control-SetModelPredictiveControl，FCS-MPC）的电动汽车用IPMSM控制策略。该策略相比传统矢量PI控制策略具有更快的动态性能和更小的电流超调等优势，还能灵活设计FCS-MPC的代价函数实现多目标协同控制，同时采用了两步预测控制延时补偿方案，以进一步提高系统的控制性能。　　然后，针对FCS-MPC控制性能依赖控制对象的预测模型参数的准确性，设计了一种基于比例-积分-微分型（Proportion-Integration-Differention，PID）代价函数的FCS-MPC（简称PID-MPC）的IPMSM控制策略，在电机参数失配时不仅能改善电流控制性能，还保留了基于FCS-MPC的IPMSM控制系统良好的动、稳态控制性能。　　进一步地，为了同时满足控制系统对电机参数的鲁棒性和电动汽车高性能控制目标的需求，设计了一种扩张状态观测器（ExtendedStateObserver,ESO）对控制系统的内部电机参数不匹配和外部不确定因素扰动进行观测，并对PID-MPC的预测模型进行实时补偿，从而进一步地提高了PID-MPC算法的参数鲁棒性以及电动汽车用IPMSM系统的抗干扰能力。　　最后，本文介绍了基于RT-LAB永磁同步电机的半实物仿真实验平台及实现过程。为了验证基于ESO扰动补偿的PID-MPC电动汽车用IPMSM控制策略在全速域控制（最大转矩电流比和弱磁控制区域）的电机参数鲁棒性和系统的抗干扰能力，通过对比FCS-MPC与基于ESO扰动补偿的PID-MPC电动汽车用IPMSM控制策略在全速域控制的实验结果，验证了所提控制策略的可行性和有效性。
作者：	刘锡均
专业：	电气工程
导师：	谷爱昱
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广东工业大学
学位年度：	2023