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专题类别

电流预测控制

最近更新时间:2020-05-26 19:57:06

由于PMSM 伺服控制系统拥有良好的软硬件性能,目前在航空航天,军用设备及民用领域都得到了广泛使用。电流环作为交流永磁伺服系统最核心

的部分,其动静态响应及带宽对整个伺服系统的稳态和暂态响应极其重要。为了提高电流环的带宽,伺服系统的静动态响应性能,目前研究较多的控制算法有滞环控制、模型参考自适应及电流预测控制等。这些算法中,电流预测控制算法拥有最优的静、动态性能,同时从本质上拓宽了电流环的带宽,在高精度的伺服领域有着广阔的发展前景。以下分别对两种经典的电流预测控制算法作介绍。

1、有限控制步长预测控制(FS-MPC)

FS-MPC 的控制原理简单直接,省去了较为繁琐的计算和电压矢量调制环节,对硬件的计算能力要求较低。分别将采集得到的转速、转子位置角等测量信息和几种基本电压矢量代入d-q 轴系下的电压方程,得到几组不同的预测电流值,将预测电流值分别与给定值比较,根据需求设定评价函数, 采取使得期望函数最优的基本空间矢量。评价函数的选取取决于不同控制系统不同场合的需求。FS-MPC 拥有良好的动态响应性能,但是由于其仅能选取有限的基本电压向量来施加,所选取的电压与实际所需的电压间存在误差,使得反馈电流难以很好的跟踪给定电流值,带载能力一般,稳态控制性能一般,且其没有SVPWM 调制模块,在控制过程中,开关频率始终在变化,这些缺点限制了FS-MPC 在高精度控制场合的应用。FS-MPC 的控制结构框图如图1-1。同时FS-MPC 还可以与直接转矩控制相结合,构成直接转矩预测控制。转矩预测控制将转矩给定与反馈的误差和磁链的给定与反馈的误差作为控制系统的评价函数,因其放弃直接对电流进行控制,而直接对转矩和磁链进行控制,使在相同外部条件下,转矩预测控制的转矩脉动值要小,有着良好的转矩和磁链控制特性,但其电流纹波较大,同时在整个控制过程中,其开关管的频率始终在变化。

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2PWM 预测控制

PWM 预测控制可以完美的解决上一小节提到的FS-MPC 存在的开关频率不固定,只能使用有限的基本电压矢量带来的问题。通过传感器采集得到的电流值、电压值、转子位置角等测量信息,结合永磁同步电机的电压方程,可以计算得到永磁同步电机所需的最佳的空间电压矢量,然后利用控制系统的SVPWM 调制部分,通过两个基本电压矢量将所需的最佳的空间电压矢量合成出来,再通过逆变器施加到PMSM 上,即可使得电流的反馈值与给定值没有误差,实现高精度的交流伺服控制。

SVPWM 调制环节的存在,使得控制系统能够合成出所需的任意的空间电压矢量,从而实现电流控制的零静差。相比于MS-MPC 和直接转矩控制存在的问题,PWM 预测控制的电流、转矩及转速脉动都大大降低,有着很高的控制精度。同时PWM 的开关频率保持固定值,与实际电流的采样频率一致。相比于PI 控制快速响应与无超调的天然矛盾性,PPC 能够在保持快速响应的同时,实现电流、转矩以及转速的无超调控制。PPC 优良的控制性能,使其在高精度的交流伺服领域得到广泛研究与应用。PPC 的控制框图如图所示。

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