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永磁同步电机的自适应预测电流控制技术 Yilmaz Sozer David A. Torrey Erkan Mese Member Member Member University of Akron Advanced Energy Conversion, LLC. Yildiz Technical University Akron, OH 44329 Schenectady, NY 12305 Istanbul, TURKEY ys@ davidtorrey@ emese@.tr 译者：史建昇 学号：3008203248 摘 要 在电机控制应用中为了实现精确的转矩控制必须生成幅值和波形都所需的参考电流。无振荡的预测电流控制器提供了非常好的动态性能。为了得到非常准确的参考电流，电机和逆变器应当用准确的参数适当建模。各种参数，特别是反电动势电压和逆变器延迟参数的变化，会导致无差拍电流调节器性能的显着恶化。本文旨在实时准确测定永磁同步电机的动态参数，使用DSP计算控制算法的时序，相应的更新当前调节，并且考虑类如变频器输出滤波器的延迟参数。新算法是经过模拟和实验验证的。这种新的电流调节技术得到的仿真和实验结果具有很好的动态和稳态特性，验证了调节器的性能。 关键词：电流调节器永磁同步电机预测控制反电动势估算[6-10]。这些算法的优选是根据应用和性能要求的。无差拍型电流调节器在业界很受欢迎[11-12]。无差拍调节器提供带有恒定的切换频率的快速响应。无差拍电流调节器的主要问题是对逆变器和机器参数的严重依赖。它受系统非线性和延迟元件的影响，例如A/D传感器和逆变器输出滤波器的延迟。无差拍控制器中的电流的预测应用于[11]中。然而，它并没有解决逆变器输出滤波器和电机机和逆变器在运行过程中参数变化的影响。反电动势估计使用了卡尔曼估值器[13]和可用电压电流的测量[14]。含有高次谐波的反电动势估计是相当困难的，尤其是低电感电机。在估计含有高次谐波反电动势引入额外的噪声是因为由于估计中错误。我们提出了一个方法，根据已知的一次谐波比率能够在有高次谐波的情况下估计反电动势直流数量，该方法提供了非常清晰和精确的反电动势估算。合并后的电流调节准确无噪音的反电动势估计将用于在自适应预测电流调节器，它已经考虑到逆变器输出滤波器的延迟和电流预测的A/D延迟的影响。 中提到反电动势，相电流以及他们和转矩脉动的关系。第三节介绍了正交参照系中的电机和逆变器驱动系统的基本控制算法。第四节描述了电流预测算法。本节中也考虑到了逆变器输出滤波器的电流预测的影响。第五节中包含提出的的反电动势估计算法。第六节给出了仿真结果。第七节中给出了该算法的实验验证。第八节是总结。 II.反电动势，相电流和转矩脉动 交流电机转矩脉动的一个主要来源是反电动势谐波和三相电流谐波之间的相互作用。在[15,16,17,18]中一些研究者从不同的角度研究了该问题。这些分析都是基于反电动势和ABC旋转参照系相电流波形的傅立叶级数展开的。由于本文提出的方法是在DQ的帧同步分析的基础上，可以在dq坐标系进行类似的分析显示反电动势，电流和转矩脉动之间的关系。给出永磁同步电动机的输出转矩： (1) 在且的恒转矩区，只有相电流的Q轴分量会影响扭矩的平均值和谐波含量。在恒功率区，有弱磁，D和Q轴相电流分量都会影响扭矩波形。的平均值通常设置为0和转子位置传感器也要相应设置，而的谐波含量始终一定范围内存在并且有助于转矩脉动。另一方面，反电动势的Q轴分量连同其平均和谐波分量，将始终存在整个于速度范围内。如果我们对反电动势的DQ分量和三相电流采用FFT变换，我们得到下面的关系， (2) (3) (4) (5) 当我们把这些条件带入式(1)求取相互变量傅里叶级数元素的叉积，我们将会得到： (6) (7) (8) 如果和半波对称，他们的偶次谐波为零，只有奇次谐波。此外，在经过派克变换后3的倍数次的谐波会变为0。所以(k=3,6,9,...)如果电机星形连接而且星点是浮点式的，则相电流中的零元素会被消除。 另一个有趣的现象是派克转换前和转换后的的谐波指标是不同的。转换前频率为的谐波转换后频率会变为，除了指数，在这种情况下，派克变换后的谐波频率会变,因此，如果在abc坐标内5,7,11,13,17,19次谐波，我们在dq坐标系中将得到6,12,18,....次元素。 从以上讨论中，能够得到反电动势和相电流在dq坐标系只会有直流和六的倍数次谐波。当m为偶数，k是偶数时，方程7和8只产生非零的数字。因为在DQ坐标内反电动势和电流只有六的倍数次谐波，所以转矩脉动只有以六的倍数次谐波的形式存在。因此，方程（6）可以简化成: (9) 在介绍了反电动势和相电流波形之间的相