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基于广义比例积分观测器的永磁同步电机鲁棒谐振预测电流控制

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admin 发表于 2024-12-14 11:37 | 查看全部 阅读模式

文档名:基于广义比例积分观测器的永磁同步电机鲁棒谐振预测电流控制
摘要:针对永磁同步电机(PMSM)采用无差拍预测电流控制(DPCC)时,性能易受电机参数失配及死区效应的影响,该文提出一种基于广义比例积分(GPI)观测器的鲁棒谐振预测电流控制(RRPCC)方法.首先,分析PMSM参数失配将产生非周期扰动及逆变器死区效应会导致周期扰动,进而建立带有非周期和周期性扰动的PMSM精确数学模型;其次,基于内模原理,将包含扰动频率的谐振多项式嵌入电流预测模型,可有效地抑制周期性扰动;最后,采用GPI观测器估计由参数失配引起的集总扰动,并通过前馈补偿消除非周期扰动.实验结果表明,该方法能提高系统面对非周期及周期性扰动时的鲁棒性.

Abstract:Toimprovethecontrolperformanceofapermanentmagnetsynchronousmotor(PMSM),deadbeatpredictivecurrentcontrol(DPCC)isadoptedfortheinnercurrentloopduetoitssmallcurrentrippleandfastdynamicresponse.However,DPCCishighlydependentonaccuratePMSMparameters,andanymismatchmayleadtosteady-statecurrenterrorsandsysteminstability.InpracticalPMSMoperation,parametermismatchisinevitableduetofactorssuchastemperaturedriftandmagneticsaturation.Inaddition,inverterdeadtimeintroducesperiodicvoltagedisturbance,resultingincurrentdistortionandtorqueripple,whichdeterioratestheperformanceofthePMSMsystem.Therefore,thispaperproposesarobustresonantpredictivecurrentcontrol(RRPCC)strategybasedonthegeneralizedproportionalintegral(GPI)observertomitigatetheadverseimpactsofparametermismatchandinverterdead-timeeffect.Firstly,thenon-periodicdisturbancegeneratedbyparametermismatchandtheperiodicdisturbanceinducedbythedead-timeeffectareanalyzed.AprecisemathematicalmodelofthePMSMisestablishedconsideringbothdisturbances.Secondly,basedontheinternalmodeprinciple,aresonantpolynomialisincorporatedintothecurrentpredictionmodelatthesamefrequencyastheperiodicdisturbance.Theresonantpredictivecurrentcontrollerisdesignedtorejectperiodicsinusoidaldisturbanceandachievesmoothcurrentoutput.Finally,toeliminatenon-periodicdisturbance,aGPIobserverisaddedtothecurrentcontrollertoestimateandcompensateforlumpeddisturbancesinducedbyparametermismatch.ThestabilityanalysisoftheGPIobserverinthediscrete-timedomainisgiven.Theeffectivenessoftheproposedmethodisverifiedbyexperiments.Thespeedreferenceissetto800r/min(ωe=335rad/s)intheperiodicdisturbancetest.Apparentd-qaxiscurrentpulsationsoccurwith2010rad/sintheconventionalDPCC.Thepulsationamplitudeofiqandidis0.9Aand0.7A,respectively.TheFFTanalysisshowsthat6thcurrentharmonicsaresignificantinthed-qaxis.TheRRPCCmethodeffectivelysuppresses6thharmonics.Thepulsationamplitudeofiqandidisreducedto0.3Aand0.2A,respectively.Intheflux-linkagemismatchtest,theflux-linkageischangedinstepfrom50%to200%ofthenominalvalue.Theflux-linkagevariationintheconventionalDPCCcausesanobvioussteady-statecurrenterrorwith0.9Aintheq-axis.Theflux-linkageismaintainedat2ψf,andthespeedincreasesfrom400r/minto1600r/min.WhentheconventionalDPCCisadopted,theq-axiscurrentoscillatesduringthecurrentdynamicprocess.Thecurrenttrackingerrorincreasesto1.5Aat1600r/mininthesteadystate.TheproposedRRPCCmaintainsthed-qaxiscurrentstableandsmooth,exhibitinggoodcurrenttrackingperformance.Intheinductancemismatchtest,theinductancestepchangesfrom50%to200%ofthenominalvalue.IntheconventionalDPCC,currentripplesareseverelyincreasedwiththeamplitudesof1.1Aand1.6Ainthed-qaxis.ThecurrentqualityoftheproposedRRPCCisnotaffectedbymaintainingcurrentripplesat0.5Aand0.4A.Thefollowingconclusionscanbedrawnfromtheexperimentalanalysis:(1)Thedead-timeeffectgeneratesperiodicsinusoidaldisturbances.ComparedwiththeconventionalDPCC,theresonantpredictivecurrentcontrollerisestablishedinRRPCC,whichcanrejecttheperiodicdisturbance.(2)Steady-statecurrenterrorsinducedbyPMSMparametermismatcharecompensatedbytheGPIobserverinRRPCC,enhancingsystemrobustness.(3)TheproposedRRPCCexhibitsgooddisturbancerejectionabilityandcurrenttrackingperformanceinthepresenceofnon-periodicandperiodicdisturbances.

作者:杨帆   赵希梅   金鸿雁   王晓东   刘晓源 Author:YangFan   ZhaoXimei   JinHongyan   WangXiaodong   LiuXiaoyuan
作者单位:沈阳工业大学电气工程学院沈阳110870;中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室沈阳110016;中国科学院机器人与智能制造创新研究院沈阳110169沈阳工业大学电气工程学院沈阳110870中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室沈阳110016;中国科学院机器人与智能制造创新研究院沈阳110169
刊名:电工技术学报 ISTICEIPKU
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(10)
分类号:TM351
关键词:参数失配  GPI观测器  周期扰动  鲁棒谐振预测电流控制  
Keywords:Parametermismatch  GPIobserver  periodicdisturbance  robustresonantpredictivecurrentcontrol(RRPCC)  
机标分类号:TP273TM351TP13
在线出版日期:2024年5月31日
基金项目:辽宁省博士科研启动基金资助项目基于广义比例积分观测器的永磁同步电机鲁棒谐振预测电流控制[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(10)杨帆  赵希梅  金鸿雁  王晓东  刘晓源针对永磁同步电机(PMSM)采用无差拍预测电流控制(DPCC)时,性能易受电机参数失配及死区效应的影响,该文提出一种基于广义比例积分(GPI)观测器的鲁棒谐振预测电流控制(RRPCC)方法.首先,分析PMSM参数失配将产生非周期扰动...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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