基于預(yù)測(cè)控制的電動(dòng)汽車用永磁同步電機(jī)控制策略與關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、面對(duì)環(huán)境危機(jī)和能源短缺的雙重壓力，具有能耗低、污染小等突出優(yōu)點(diǎn)的電動(dòng)汽車已成為汽車工業(yè)發(fā)展的重要方向。電動(dòng)汽車是典型的有限能量供電的載人工具，其行駛工況復(fù)雜多變、隨機(jī)性強(qiáng)，且其驅(qū)動(dòng)電機(jī)自身即是一類復(fù)雜的非線性、多變量、強(qiáng)耦合、參數(shù)時(shí)變系統(tǒng)。因此，研究先進(jìn)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制理論方法是提高電動(dòng)汽車整車性能的關(guān)鍵。永磁同步電機(jī)(PMSM:Permanent Magnet Synchronous Motor)因具有效率高，功率密度大，可靠性高等特

2、點(diǎn)，成為電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主要發(fā)展趨勢(shì)。本文基于預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)理論，綜合運(yùn)用擾動(dòng)觀測(cè)器、滑?？刂?、諧振調(diào)節(jié)器等現(xiàn)代控制方法，深入研究了電驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)的高性能轉(zhuǎn)速和電流控制策略以及諧波抑制等關(guān)鍵技術(shù)。本文內(nèi)容概括如下:
　　本文首先介紹了電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)，討論了電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)存在的問題，綜述了永磁同步電機(jī)的現(xiàn)代控制策略、諧波抑制方法等問題的研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)，并指出本文的主要研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排。

3、
　　然后，為實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車用永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速快響應(yīng)和強(qiáng)魯棒性，提出了基于廣義預(yù)測(cè)控制和擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)挠来磐诫姍C(jī)轉(zhuǎn)速跟蹤控制方法。首先基于連續(xù)時(shí)間非線性系統(tǒng)的廣義預(yù)測(cè)控制方法，通過泰勒級(jí)數(shù)展開，優(yōu)化成本函數(shù)等設(shè)計(jì)了速度跟蹤控制器;然后針對(duì)外部擾動(dòng)引起的電機(jī)轉(zhuǎn)速控制性能下降問題，分別設(shè)計(jì)了擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測(cè)器和高階滑?？刂破?，實(shí)現(xiàn)了對(duì)擾動(dòng)量的補(bǔ)償，提高了魯棒性;仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:所提出的方法與傳統(tǒng)控制方法相比，轉(zhuǎn)速響應(yīng)動(dòng)態(tài)性能更好，在負(fù)載

4、變化時(shí)，魯棒性更強(qiáng)。
　　其次，針對(duì)永磁同步電機(jī)的電流控制問題，設(shè)計(jì)了基于廣義預(yù)測(cè)控制和滑模擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合電流控制器。首先根據(jù)永磁同步電機(jī)在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的電磁模型，采用廣義預(yù)測(cè)控制方法，設(shè)計(jì)了電流預(yù)測(cè)控制器，但設(shè)計(jì)的控制器未考慮電機(jī)參數(shù)變化和模型不確定性等的影響;為此，根據(jù)滑?？刂启敯粜詮?qiáng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了電流補(bǔ)償控制器，提高了電流控制的魯棒性;最后完成了仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。該方法結(jié)合了廣義預(yù)測(cè)控制動(dòng)態(tài)性能好和滑?？刂启敯粜詮?qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)

5、計(jì)的控制器能有效的消除參數(shù)變化和模型不確定性對(duì)電流控制的影響，實(shí)現(xiàn)快速的電流跟蹤控制。
　　為改進(jìn)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性和魯棒性，同時(shí)降低控制器參數(shù)調(diào)整難度，分別基于自適應(yīng)反步控制方法和基于非線性擾動(dòng)觀測(cè)器的廣義預(yù)測(cè)控制方法，研究了兩種PMSM轉(zhuǎn)速-電流單環(huán)控制方法。首先，采用最大轉(zhuǎn)矩電流控制，在反步控制基礎(chǔ)上，通過估計(jì)電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和定子電阻等參數(shù)，設(shè)計(jì)了自適應(yīng)反步控制器，仿真結(jié)果證明該方法具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和抗負(fù)載擾

6、動(dòng)能力;然后，基于輸出具有不同相對(duì)階的廣義預(yù)測(cè)控制方法設(shè)計(jì)了PMSM單環(huán)預(yù)測(cè)控制器，并針對(duì)電機(jī)參數(shù)變化、負(fù)載擾動(dòng)等非匹配擾動(dòng)，設(shè)計(jì)了非線性擾動(dòng)觀測(cè)器估計(jì)系統(tǒng)所有擾動(dòng)，用于前饋補(bǔ)償控制，仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法具有良好的轉(zhuǎn)速和電流控制性能，對(duì)電機(jī)負(fù)載和參數(shù)變化等都具有較強(qiáng)的抗擾動(dòng)性，而且控制器只需簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)預(yù)測(cè)時(shí)域和觀測(cè)器增益。兩種方法對(duì)比表明:基于廣義預(yù)測(cè)控制和非線性擾動(dòng)觀測(cè)器方法設(shè)計(jì)的電機(jī)單環(huán)控制器對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化具有更強(qiáng)的魯棒性，而且

7、控制器參數(shù)更容易調(diào)節(jié)，實(shí)用性強(qiáng)，為工程實(shí)現(xiàn)提供了有效途徑。
　　最后，為了提高永磁同步電機(jī)電流控制的穩(wěn)態(tài)精度，提出了一種基于模型預(yù)測(cè)控制和諧振調(diào)節(jié)器的永磁同步電機(jī)電流控制方法。首先，基于狀態(tài)空間方程的離散時(shí)間模型預(yù)測(cè)控制方法，設(shè)計(jì)了永磁同步電機(jī)預(yù)測(cè)電流控制器，實(shí)現(xiàn)了電流的跟蹤控制和對(duì)參數(shù)變化的魯棒性;但模型預(yù)測(cè)控制方法仍不能消除系統(tǒng)中的周期性擾動(dòng)，進(jìn)而針對(duì)實(shí)際系統(tǒng)中因電流測(cè)量誤差產(chǎn)生的電流諧波，設(shè)計(jì)了諧振調(diào)節(jié)器，有效的抑制了電流諧