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永磁直线电机驱动系统的自适应模型预测电流控制

2022-07-23    阅读量:29979    新闻来源:互联网     |  投稿

永磁直线同步电机(PMLSM)由于其高效率、快速瞬态响应和高推力密度,在高端制造设备中越来越普遍。

针对高性能永磁直线同步电机驱动器,开发了许多先进的控制策略,包括自抗扰控制、基于模型的预测控制(MPC)和两自由度电流控制。MPC最初应用于过程工业领域,目前已成为电机驱动控制的热点之一。能量转换系统中部署的多点控制包括有限控制集多点控制(FCS-MPC)和连续控制集多点控制(CCS-MPC)。

在《IEEE工业电子学报》上发表的一项研究中,中国科学院福建物质结构研究所的王教授团队提出了一种自适应模型预测电流控制(AM-MPCC),以解决基于CCS-MPC的电流控制(CCS-MPCC)的参数依赖问题。

配备有调制器的CCS-MPC产生恒定的开关频率,并且具有比FCS-MPC更低的电流纹波。由于在线数值优化算法通常非常复杂,在线优化CCS-MPC的输入变量时,计算负担显著增加。

研究人员提出了无需在线计算的CCS-MPCs,以降低控制器实现的难度。他们通过离线求解优化问题,将CCS-MPC解表示为系统状态的显式函数。虽然CCS-MPC方法具有较小的电流纹波、较低的计算成本和快速的瞬态响应,但在实际应用中容易受到不可避免的参数变化的影响。

此外,他们通过引入基于最速下降法的自适应干扰观测器,提出了一种鲁棒电流控制方案。虽然Luenberger观测器因其直观的结构和简单的实现而被广泛使用,但如果参数变化迅速,则它无法精确地观察系统状态。然而,在数字控制器中部署的滑模观测器会产生严重的抖振噪声。

得益于补偿预测模型,DO-MPC在抗参数失配和外部扰动的鲁棒性方面优于传统CCS-MPC。然而,DO-MPC控制器的带宽不能免疫电感变化。在基于Zynq的硬件原型上进行了实验,结果验证了该方法在参数失配鲁棒性方面优于CCS-MPCC和DPCC+ASCDO。

此外,研究人员在基于Zynq的硬件原型上评估了拟议的AM-MPCC。他们利用拟议的AM-MPCC策略替代CCS-MPCC,以获得更好的参数稳健性,并为系数优化器生成Id、Iq、Vdc和Vqc螞d和螞q、 并将优化后的螞d和螞q输入DSMDO以估计参数失配fd和fq。

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