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分段式双三相永磁直线同步电机的无模型电流预测控制

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admin 发表于 2024-12-14 13:47 | 查看全部 阅读模式

文档名:分段式双三相永磁直线同步电机的无模型电流预测控制
摘要:分段式结构的双三相永磁直线同步电机(PMLSM),动子穿入和穿出定子分段时,传统的无差拍预测电流控制(DPCC)易受反电动势动态扰动的影响,无法实现精确的电流跟踪和推力控制.同时,该电机模型的参数失配会增大DPCC电流和推力控制的难度.针对以上问题,该文提出了一种基于无模型电流预测控制(MFPCC)的电流控制策略.首先,构建了分段式双三相PMLSM的超局部模型.其次,基于该超局部模型设计了预测电流控制器,并设计扰动观测器以补偿反电动势动态扰动和参数失配的影响.最后,实验验证了所提MFPCC能够抑制分段式双三相PMLSM的反电动势和参数失配的扰动,有效提升参数鲁棒性、电流跟踪性能并降低推力波动.

Abstract:Duringthesegmenteddualthree-phasepermanentmagnetlinearsynchronousmotor(PMLSM),thedeadbeatpredictivecurrentcontrol(DPCC)isvulnerabletothebackelectromotiveforce(EMF)fluctuation,whichcannotachieveexactcurrenttrackingandthrustcontrolwhenthemoverentersandexitsthestatorsegments.Atthesametime,DPCCdependsonmotormodels,butthemodelofsegmenteddualthree-phase(PMLSM)iscomplex.Besides,thereareadditionalharmonicsubspaceinductorsinitsharmonicsubspace,whichiseasytoaggravatethedegradationofcurrentcontrolwhenparametersaremismatched.Therefore,thispaperproposesamodel-freepredictivecurrentcontrol(MFPCC)method.Firstly,theinfluenceofparametermismatchandbackEMFfluctuationintheconventionalDPCCisanalyzed.Itisdeducedthatparametermismatchcauseserrorsinthecontrolvoltage,andtheadditionalinductanceintheharmonicsubspaceaggravatestheparametervariation.Secondly,thispapertakestheparametermismatchandbackEMFfluctuationasthelumpeddisturbance.Then,amodel-freepredictivecurrentcontrollerisdesignedbasedonanultra-localmodel,dividedintoaknownlineartermrelatedtothecurrentandanunknownpartrelatedtotheparametermismatchandbackEMF.Finally,adisturbanceobserverisdesignedtoobservetheunknownpartinthisultra-localmodel,anditsstabilityisdemonstrated.Hardware-in-the-loopexperimentsprovethattheproposedmethodisindependentofmotorparametersandhasstrongrobustness.(1)Whenthespeedcontrolisopen-loopandthefluxlinkageψfchangesintheDPCCcontrol,theq-axiscurrentcannoteffectivelytrackthegivenvalue,andthethrustfluctuationisabout5.25%.WhentheLd,Lq,andLxyofthecontrollerincreaseto200%oftheoriginalvalue,theq-axiscurrentoftheDPCChasapparentfluctuations,andthethrustfluctuationrangeisabout2%.Theproposedq-axiscurrentoftheMFPCCcanstrictlytrackthegivenvalue,andthethrustfluctuationrangeisonly1.25%,whichprovesthattheMFPCChasgoodparameterrobustness.(2)Whenthespeedcontrolisclosed-loop,andthespeedreferencesuddenlyincreasesto12m/swithin0.75s,theq-axiscurrenttrackingperformanceofDPCChasovershoot.Itcannoteffectivelytrackthereferencevalueiqrefbecausetheinductanceandfluxlinkageparametersbecome200%and50%oftheoriginal.However,theq-axiscurrenttrackingperformanceofMFPCCissmooth,andthetrackingspeedisfast.Afterparametermismatch,thetimeofMFPCCfollowingtheslopeis0.36s,similarto0.35sthatofDPCC.ThetimeofMFPCCfollowingstepsignalis0.53s,smallerthan0.6sofDPCCspeedtrackingtime.(3)ThetotalharmonicdistortionofDPCCistwicethatofMFPCC.Theconclusionsareasfollows.(1)Theparametermismatchofthesegmenteddualthree-phasePMLSMandthedynamicdisturbanceofbackEMFwillintroducedisturbancetothecurrentcontrol,deterioratethecurrenttrackingperformance,andleadtothrustfluctuation.Inaddition,themismatchedharmonicsubspaceinductanceparameterLxyaftervectorspacedecomposition(VSD)furtheraffectsthecurrentperformance.(2)TheMFPCCproposedinthispaperusesanultra-localmodeltosimplifythesystemmodel,dividedintoaknownlinearpartandanunknownpartwithbackEMFandparametermismatch.Thedisturbanceobserveraccuratelyestimatestheunknownpart.(3)MFPCChasstrongrobustnesstoparametermismatch.ItcaneffectivelysuppresstheinfluenceofbackEMFdynamicdisturbancecausedbymovermotions.Theproposedmethodhasgoodtrackingperformanceofq-axiscurrentinthewholemovement,smallthrustandvelocityfluctuation,andfastdynamicresponse.

作者:周世炯  李耀华  史黎明  张明远  刘进海Author:ZhouShijiong  LiYaohua  ShiLiming  ZhangMingyuan  LiuJinhai
作者单位:中国科学院电工研究所中国科学院电力电子与电力驱动重点实验室北京100190;中国科学院大学北京100049
刊名:电工技术学报
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(4)
分类号:TM359.4
关键词:双三相永磁直线同步电机  超局部模型  扰动观测器  预测电流控制  
Keywords:Dualthree-phasepermanentmagnetlinearsynchronousmotor  ultra-localmodel  disturbanceobserver  predictivecurrentcontrol  
机标分类号:TM351TM46TP273
在线出版日期:2024年3月5日
基金项目:磁悬浮车辆,轨道关键技术资助项目分段式双三相永磁直线同步电机的无模型电流预测控制[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(4)周世炯  李耀华  史黎明  张明远  刘进海分段式结构的双三相永磁直线同步电机(PMLSM),动子穿入和穿出定子分段时,传统的无差拍预测电流控制(DPCC)易受反电动势动态扰动的影响,无法实现精确的电流跟踪和推力控制.同时,该电机模型的参数失配会增大DPCC电流和推力...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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