异步电机模型预测控制系统设计_论文

ELECTRIC DRIVE 2018 Vol.48 No.10 电气传动 2018 年 第 48 卷 第 10 期 异步电机模型预测控制系统设计 刘为杰 (中国空气动力研究与发展中心,四川 绵阳 621000) 摘要:传统的异步电机矢量控制系统采用双闭环 PI 控制策略,难以解决超调量和快速性的矛盾,并且控制 参数多、参数整定困难。针对这一问题,提出了一种基于模型预测控制(MPC)的矢量控制系统。利用异步电 机同步旋转坐标系下的数学模型,根据 MPC 原理设计了转速预测控制器,结合无差拍控制思想和有限控制集 模型预测控制(FCS-MPC)原理设计了电流预测控制器。转速预测控制获得 q 轴参考电流,电流预测控制实现 d,q 轴电流解耦控制并且直接输出开关信号,无需 PWM 调制环节。仿真结果表明,所提出的异步电机 MPC 控 制策略具有良好的动、静态性能。 关键词:异步电机;矢量控制;模型预测控制;有限控制集 中图分类号:TM343.2 文献标识码:A DOI:10.19457/j.1001-2095.dqcd18275 Design of Model Predictive Control System for Asynchronous Motor LIU Weijie (China Aerodynamics Research and Development Center,Mianyang 621000,Sichua,China) Abstract: The traditional asynchronous motor vector control system use double closed loop PI controllers,which is difficult to solve the contradiction between the overshoot and rapidity and to tune the parameters with much parameters. To solve these problems,a vector control system based on model predictive contro(l MPC)strategy was proposed. Using the mathematical model of asynchronous motor under the synchronous coordinate,the speed predictive controller was designed according to the MPC principle and the current predictive controller was designed combined with deadbeat control and finite control set MPC(FCS-MPC). The speed predictive controller obtained q axis reference current while the current predictive controller realized the dq axis current decoupling control and output the switch signals without the need of PWM modulation. Simulation results show that the proposed asynchronous motor MPC strategy has good dynamic and static performance. Key words: asynchronous motor;vector control;model predictive contro(l MPC);finite control set 高性能异步电机调速系统多采用矢量控制 方式,一般为 PI 双闭环结构,即转速外环和电流 内环。但是 PI 控制器难以解决超调和快速性之 间的矛盾[1],且存在调节参数多、参数整定困难等 问题。 为了改善异步电机的控制性能,国内外学者 设计了许多新型的控制系统。文献[2]设计了基 于自抗扰控制器的异步电机矢量控制系统,改善 了转速的动态性能,但是自抗扰控制系统参数繁 多、参数整定困难。智能控制算法如模糊控制和 神经网络控制等[3-4],也能改善电机的控制性能,但 是其算法较为复杂,难以实现工程应用。近年来, 预测控制随着其控制理论的发展以及微处理器性 能的提高,逐渐在电机控制领域得到应用,充分利 用其滚动优化的特点,表现出良好的静态和动态 控制性能 ,同时具有结构简单、易于实现的优 点[5-6]。现阶段预测控制在异步电机矢量控制系统 中的应用主要集中在电流预测控制上,而转速仍 采用 PI 控制,因而转速控制性能提升有限[7-9]。 本文将预测控制算法应用到异步电机矢量 控制系统中,以代替传统的 PI 控制器。为此分别 设计了转速预测控制器和电流预测控制器。最 后对基于预测控制和基于 PI 控制的异步电机矢 量控制系统进行了对比仿真分析。 作者简介:刘为杰(1989-),男,硕士研究生,助理工程师,Email:15000160275@163.com 11 电气传动 2018 年 第 48 卷 第 10 期 刘为杰:异步电机模型预测控制系统设计 1 异步电机数学模型 令同步旋转 d-q 坐标系中的 d 轴沿着转子磁 链矢量的方向,则转子磁链 q 轴分量为零。选取 电流和转子磁链为状态变量,则可以得到异步电 机的状态方程如下: pω = a i Ψ 11 sq rd + a12TL + a13ω (1) pΨrd = a Ψ 21 rd + a i22 sd (2) ìpi í

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