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基于间接矩阵变换器传动系统高性能模型预测控制研究 摘 要 在基于间接矩阵变换器传动系统，尤其是典型的间接矩阵变换器-异步电机 调速系统（IMC-IM ）中采用模型预测控制方法（Model Predictive Control, MPC ）， 可以对多种性能指标进行优化，以同时保证良好的网侧电能质量和电机的动静态 性能。但MPC 方法严重依赖于系统模型，且权重系数不易确定和调节。对此， 本文深入研究了权重系数及模型参数对控制效果的影响，并提出相应的改进方 法，以此提高系统性能。 在传统的MPC 中，权重系数作为唯一的控制参数，往往设定为不变的恒值， 然而这种设定无法满足宽速域内网侧和电机性能同时优化的需求。对此本文提出 了一种基于模糊控制理论的权重系数自整定方法，该方法将不同的性能指标与权 重系数分别作为模糊控制器的输入量与输出量，同时设置合理的模糊规则算法， 使得权重系数可以根据负载和速度需求实时动态调节，以实现宽速域多工况下系 统高性能运行。 针对MPC 参数依赖性强、鲁棒性差的问题，提出了一种基于模型参数自校 正的模型预测控制方法，通过对 IMC 输入 LC 滤波器的电感参数进行自校正控 制，实时调整模型电感参数使其与实际电感相匹配，从而提升系统运行性能。 仿真和实验结果表明，利用提出的权重系数自整定方法可在不同的工况下均 保证电机良好的调速性能，同时网侧电流谐波含量最多可降低23% 。采用提出的 模型参数自校正模型预测控制方法，可以在实际滤波器参数变化时实时改变模型 参数，降低网侧与输出电流谐波含量约10% 。由此证明采用本文提出的改进方法 可以有效提升IMC-IM 系统网侧及输出侧性能，实现对IMC-IM 的高性能控制。 关键词：模型预测控制，间接矩阵变换器，模糊控制，自整定，模型参数 I 目 录 摘 要 I Abstract II 第一章 绪论 1 1.1 研究背景及意义 1 1.2 矩阵变换器 1 1.3 研究历程2 1.4 国内外研究现状4 1.5 基于间接矩阵变换器传动系统5 1.5.1 系统组成5 1.5.2 传统控制策略6 1.6 论文主要内容9 第二章 模型预测控制 11 2.1 模型预测控制理论 11 2.2 有限状态集模型预测控制 12 2.3 基于间接矩阵变换器传动系统模型预测控制 13 2.4 仿真结果及分析 17 2.5 实验结果及分析20 2.6 问题分析22 第三章 带权重系数自整定的模型预测控制策略 25 3.1 模型预测权重系数25 3.2 权重系数整定方法研究现状25 3.3 模糊控制26 3.4 带权重系数整定的模型预测磁链控制方法28 3.5 仿真结果及分析33 3.6 实验结果及分析37 3.7 本章小结40 第四章 带模型参数自校正的模型预测控制策略 41 4.1 模型参数41 4.2 模型参数研究现状42 4.3 模型参数自校正方法43 4.4 基于模型参数自校正的模型预测控制方法44 4.5 仿真结果及分析47 4.6 实验结果及分析51 4.7 本章小结53 第五章 结论与展望54 5.1 结论54 5.2 研究展望54 参考文献55 在学期间成果60 致 谢61 第一章 绪论 第一章 绪论 1.1 研究背景及意义 党的十九大报告提出，中国目前已经进入了新时代的阶段，我国社会主要矛 盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾。 随着人们对物质生活水平的需求不断增加，对电能的要求也快速提升。我国作为 人口大国，能源大国，对电能的生产及配送方面一直处于世界领先地位