永磁同步电机直接转矩控制策略的分析-控制理论与控制工程专业论文.docx

DissertationSubmittedtoHebeiUniversity ofTechnologyforTheDoctorDegreeofElectricalEngineeringRESEARCHONDIRECTTORQUECONTROLSTRATEGIESFORPERMANENTMAGNETSYNCHRONOUSMACHINESbyNiuFengSupervisor:Prof.LiKuiMay2015ThisworkissupportedbytheNationalScholarshipFoundationofChina.No.201206700002.本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：本文以与美国密歇根州立大学电机驱动实验室和电能转换实验室合作的“永磁同步电机直接转矩控制策略的研究”课题为背景，在对永磁同步电机传统直接转矩控制进行研究的基础上，主要围绕降低转矩脉动、定子磁链脉动和逆变器开关频率等问题，对永磁同步电机模型预测直接转矩控制和占空比调制直接转矩控制两种控制策略进行深入的研究，主要工作体现在以下几方面：首先对永磁同步电机模型预测直接转矩控制进行研究。通过对电机连续方程进行离散化得到电机预测模型，可以预测电机定子磁链、定子电流和转矩的变化。实现模型预测直接转矩控制的单步预测和多步预测，提出两种不同的多步预测方法，分别为定步长多步预测方法和变步长多步预测方法，其中变步长多步预测方法能够通过调节预测步长实现对算法运算量和控制性能的权衡。对两种多步预测方法的预测误差进行研究，并针对单步预测和多步预测提出相应的算法简化措施。选取转矩脉动、定子磁链脉动和逆变器开关频率为控制性能指标，采用权重系数可调的性能指标评估函数对预测结果进行综合误差评估，通过调节各项指标的权重系数实现不同的控制性能。实验结果验证了提出的模型预测直接转矩控制方法的有效性和优越性。然后对永磁同步电机占空比调制直接转矩控制进行研究。建立不同电压矢量作用下的转矩变化率和定子磁链变化率数学模型，并对转矩变化率和定子磁链变化率在单个控制周期内的变化进行研究。通过引入转矩误差权重系数和定子磁链误差权重系数，可以根据转矩和定子磁链的综合误差计算占空比，达到同时降低转矩脉动和定子磁链脉动的目的，同时通过调节转矩误差权重系数和定子磁链误差权重系数实现对转矩脉动抑制和定子磁链脉动抑制的权衡。根据控制目标的不同，提出三种不同的占空比计算方法，同时提出一种简单有效的基于PI控制器的占空比确定方法来降低算法的复杂度和参数敏感度。实验结果验证了提出的占空比调制直接转矩控制的有效性和优越性。对提出的模型预测直接转矩控制和占空比调制直接转矩控制的控制性能进行全面的对比分析。首先对模型预测直接转矩控制的单步预测、定步长多步预测和变步长多步预测三种方法进行对比分析，实验结果证明模型预测直接转矩控制的控制性能优于传统直接转矩控制，多步预测的控制性能优于单步预测，变步长多步预测方法能够实现对算法运算量与控制性能的权衡。其次对基于三种不同占空比计算方法的占空比I关键字：永磁同步电机，直接转矩控制，模型预测控制，占空比调制，转矩脉动，开关频率Takingtheproject“Researchondirecttorquecontrolstrategiesforpermanentmagnetsynchronousmachines”asbackgroundandbasedonthestudyoftraditionaldirecttorquecontrol(DTC),thisdissertationconductsadepthresearchabouttwomodifiedDTCstrategies,namelymodelpredictivedirecttorquecontrol(MPDTC)anddutyratiomodulateddirecttorquecontrol(DDTC),toreducethetor