具有高鲁棒性的永磁同步电机低开关频率预测控制

摘要

在现代工业对电力控制精度和效率要求日益提高的背景下，永磁同步电机(PMSM)因其高效率和高功率密度而在新能源汽车、工业机器人和风力发电等领域得到广泛应用．随着功率等级的提升，电机系统需要运行在低开关频率下，然而低开关频率运行条件下的控制系统设计面临着降低开关损耗与保持控制精度之间的平衡问题．传统的基于边界限定的预测控制方法虽然能有效降低开关损耗，但对电机参数变化较为敏感，当参数发生失配会降低电流轨迹的预测精度，影响最优开关状态的选择，进而影响整体控制效果．为了解决PMSM在低开关频率运行时对模型参数依赖性较高的问题，提高控制系统鲁棒性，本文提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的预测控制策略．首先分析了参数失配对传统方法的影响，为了降低参数敏感性，引入ESO，通过建立高鲁棒性扰动观测模型，观测系统未知扰动量的总和，从而降低对电机参数的敏感性，并提高系统在面对参数失配和外部扰动时的鲁棒性．在基于TMS320F28379D主控制器的PMSM实验平台上进行实验，结果表明，在电机参数失配±50%的情况下，所提出的控制方法不仅能够保证低开关频率，还使系统具有良好的动静态特性和鲁棒性．这一成果为大功率应用中的PMSM低开关频率驱动控制提供了一种有效的解决方案．

关键词

圆形边界 / 低开关频率 / 预测控制 / 扩张状态观测器 / 永磁同步电机

基金资助

国家自然科学基金资助项目(51407007); 佛山市人民政府科技创新专项资金资助项目(BK21BE016)