基于电流源变流器的永磁同步电机驱动系统全状态变量预测转矩控制

电流源变流器输出电压平滑、具有天然短路保护能力,在长电缆驱动、中压驱动等场景得到广泛应用.电流源变流器的输出滤波电容与电机的电磁动力学方程构成二阶系统,存在天然的谐振频率,易失稳,因此对控制器的设计提出了严峻挑战.该文深入地分析了被控对象的数学模型,在不考虑控制变量和状态变量约束的条件下,理论上求解了可实现电磁转矩的无差拍控制的输入电压值,以此作为滤波电容电压的参考值.在此基础上,充分利用模型预测控制多目标全局优化的能力,将dq轴电流、输出电容电压和开关惩罚项包含在一个统一的代价函数中,提出一种计及全状态变量的预测转矩控制策略.所提的全状态变量预测转矩控制可有效抑制滤波电容和定子电感之间的能量振荡.在此基础上,通过理论分析和大量仿真数据获取采样频率和开关惩罚项权系数的设计准则,通过选取合理的开关惩罚项权系数,可实现开关频率和稳态控制性能的优化设计.最后,通过硬件在环(HiL)对所提控制策略进行了验证.测试结果表明,全变量预测转矩控制稳态转矩脉动小;在动态转换过程中,转矩响应速度快.