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1、永磁同步電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速波動(dòng)抑制策略研究SpeedRippleMinimizationforPermanentMagnetSynchronousMotorDrives學(xué)科專業(yè)：電氣工程作者姓名：劉寧指導(dǎo)教師：夏長(zhǎng)亮教授天津大學(xué)電氣自動(dòng)化與信息工程學(xué)院二零一七年十一月摘要永磁同步電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以其效率高、性能好、功率密度大等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于牽引驅(qū)動(dòng)、航空航天、機(jī)器人、電動(dòng)汽車等諸多工業(yè)領(lǐng)域。然而，由于死區(qū)效應(yīng)、磁鏈諧波和電流采樣誤差等非理想因素會(huì)引入周期性擾動(dòng)，從而造成轉(zhuǎn)速波動(dòng)，嚴(yán)重削弱了永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)控制性能。針對(duì)這一問(wèn)題，本文從傳統(tǒng)比例-積分（PI）控制和線性二
2、次最優(yōu)控制兩個(gè)角度開(kāi)展了轉(zhuǎn)速波動(dòng)抑制算法的研究。針對(duì)采用傳統(tǒng)PI控制的永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速波動(dòng)問(wèn)題，利用卡爾曼濾波對(duì)各主要頻次轉(zhuǎn)速波動(dòng)分量進(jìn)行估算，然后把這些轉(zhuǎn)速波動(dòng)分量與PI控制器并聯(lián)，嵌入到轉(zhuǎn)速控制環(huán)的前向通道中，并根據(jù)系統(tǒng)對(duì)周期性擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩的衰減程度，選取各主要頻次轉(zhuǎn)速波動(dòng)分量對(duì)應(yīng)的比例增益補(bǔ)償值，從而對(duì)傳統(tǒng)PI型轉(zhuǎn)速控制器進(jìn)行改進(jìn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)周期性擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩的抑制，提高穩(wěn)態(tài)控制性能。為了改善基于傳統(tǒng)線性二次最優(yōu)控制在永磁同步電機(jī)系統(tǒng)上的穩(wěn)態(tài)性能，降低周期性擾動(dòng)的影響，本文根據(jù)永磁同步電機(jī)系統(tǒng)周期性擾動(dòng)特點(diǎn)及分布，構(gòu)建包含周期性擾動(dòng)信息的增廣系統(tǒng)狀
3、態(tài)空間模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步電機(jī)系統(tǒng)更精確的描述。在此基礎(chǔ)上，基于線性二次最優(yōu)理論求取永磁同步電機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)反饋控制律。然后，將擾動(dòng)觀測(cè)器與卡爾曼濾波理論相結(jié)合設(shè)計(jì)周期性擾動(dòng)觀測(cè)器，用于估算關(guān)于周期性擾動(dòng)的增廣狀態(tài)變量，從而使?fàn)顟B(tài)反饋控制得以實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)線性二次最優(yōu)控制相比，本文提出的新型線性二次最優(yōu)控制算法在不影響動(dòng)態(tài)性能的同時(shí)能夠獲得更好的穩(wěn)態(tài)性能。關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)抑制，卡爾曼濾波，比例增益補(bǔ)償，最優(yōu)控制IABSTRACTPermanentmagnetsynchronousmotor(PMSM)driveshasbeenwidelyappliedi
4、naerospace,tractiondrive,robots,electricvehiclesandotherindustrialfieldsbecauseoftheadvantagesofhighefficiency,goodcontrolperformance,highpowerdensityandsoon.Thenonidealfactorssuchasdeadtimeeffect,fluxharmonicandcurrentsamplingerrorcancausethespeedripples,whichseriouslyweakensthesteady-stat
5、econtrolperformanceofthePMSMdrives.Tosolvethisproblem,thispaperstudiesthespeedrippleminimizationalgorithmfromtwoaspectsoftraditionalproportionalintegral(PI)controlandlinearquadraticoptimalcontrol.AimingattheproblemofspeedripplesinPMSMvectorcontrolsystembasedonPIcontroller,thisarticleestimat
6、esthemainorderspeedripplecomponentsbyKalmanfilter,andembedstheseestimatedcomponentsinforwardchannelofspeedloopbyparallelingthemwiththePIcontroller.Then,accordingtoattenuationdegreeofperiodicdisturbancetorques,thevaluesofproportionalgaincompensationcorrespondingtothesespeedripplecomponentsar
7、eselected.Thustheseperiodicdisturbancetorquesaresuppressed.Theexperimentalresultsshowthattheproposedstrategycanefficientlyimprovethesteady-stateperformanceofthePMSMdrives.Inordertoimprovethesteady-stateperformanceandreducetheinfluenceofnonidealfactorsfor
