约束条件下永磁同步电机的广义预测控制研究

论文摘要

随着我国工业的不断发展,伺服控制的应用愈加广泛,对伺服系统的要求越来越高。对于交流永磁同步电机伺服控制系统,已经有了成熟的控制策略,如矢量控制、直接转矩控制等,这些控制方法行之有效且在工业中取得了成功的应用。随着计算机技术的发展和控制理论研究的不断深入,人们的注意力也逐步转向智能控制策略。预测控制作为一种对模型的精确程度要求较低、鲁棒性强并适于计算机实现的控制算法,已经应用于一些工业过程当中,并显示出了强大的生命力。永磁同步电机是一个非线性、强耦合的控制对象。由于永磁同步电机应用工业环境复杂,传统的PID控制很可能在电机负载或电机参数发生变化时使控制系统动态特性变差,而这种电机负载或电机参数的变化却是不可避免的,这样就需要一种具有鲁棒性强的控制器来抑制参数变化对控制性能的影响。又因为实际工程中必须考虑将电机性能调整到允许限度之内使性能指标达到最优,因此研究有约束的永磁同步电机广义预测策略是有必要的。本文以永磁同步电机(PMSM)为研究对象,深入分析其内在电磁约束关系,建立了不同坐标系下的数学模型;并对永磁同步电机的矢量控制方法进行了分析,详细介绍了通过电流比较选择开关矢量的PWM发生方法和速度环调节器采用的预测控制方法;建立了PMSM的受控自回归积分滑动平均(CARIMA)模型,并对传统的广义预测控制进行改进,结合PID控制的反馈机制和GPC的预测机制,有效抑制了超调量,改善了系统的控制品质;引入了基于矩阵分解的有约束的广义预测控制策略,把约束优化加入控制性能指标中,并进行了仿真验证。实验结果表明算法有效,可避免边界约束带来的控制品质恶化,具有一定的理论研究和工程实践意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 伺服系统
• 1.1.1 伺服系统历史发展
• 1.1.2 交流伺服系统
• 1.1.3 交流伺服系统控制策略
• 1.2 预测控制的发展及应用
• 1.2.1 预测控制分类
• 1.2.2 预测控制的特征
• 1.2.3 广义预测控制的发展现状
• 1.3 本课题研究意义及主要研究内容
• 第二章 永磁同步电动机及矢量控制原理
• 2.1 永磁同步电动机的结构
• 2.2 永磁同步电动机矢量变换控制原理
• 2.2.1 矢量控制的基本思路
• 2.2.2 永磁同步电机矢量控制坐标变换
• 2.2.3 永磁同步电动机控制策略
• 2.3 本章小结
• 第三章 广义预测控制的基本原理
• 3.1 广义预测控制的特点
• 3.2 广义预测控制的基本原理
• 3.2.1 预测模型
• 3.2.2 滚动优化
• 3.2.3 反馈校正
• 3.3 本章小结
• 第四章 永磁同步电动机的广义预测控制
• 4.1 永磁同步电机CARIMA模型的建立
• 4.2 广义预测控制参数的选择
• 4.3 永磁同步电机的广义预测控制
• 4.4 系统仿真
• 4.4.1 预测控制器模块
• 4.4.2 PI控制器模块
• 4.4.3 abc/dq模块
• 4.4.4 dq-ab模块
• 4.4.5 SVPWM形成算法及其模块
• 4.5 PMSM广义预测控制的整体设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 广义预测控制算法的改进
• 5.1 算法局限性
• 5.2 改进的算法
• 5.2.1 模型描述及目标函数
• 5.2.2 控制律设计
• 5.2.3 丢番图方程的递推求解
• 5.3 实时算法仿真控制
• 5.4 本章小结
• 第六章 有约束条件下的广义预测控制
• 6.1 引言
• 6.2 约束条件与性能指标函数
• 6.3 参数选择
• 6.3.1 阶梯因子的选择
• 6.3.2 权系数的选择
• 6.4 电机仿真结果
• 6.5 本章小结
• 总结和展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢