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基于广义预测控制的永磁同步电机单环鲁棒控制

杨曦 刘国海 刘亚兵 崔佳伦

杨曦, 刘国海, 刘亚兵, 等. 基于广义预测控制的永磁同步电机单环鲁棒控制[J]. 水下无人系统学报, 2023, 31(2): 1-7 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202203007
引用本文: 杨曦, 刘国海, 刘亚兵, 等. 基于广义预测控制的永磁同步电机单环鲁棒控制[J]. 水下无人系统学报, 2023, 31(2): 1-7 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202203007
YANG Xi, LIU Guo-hai, LIU Ya-bing, CUI Jia-lun. Single-loop Robust Control of Permanent Magnet Synchronous Motors Based on Generalized Predictive Control[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202203007
Citation: YANG Xi, LIU Guo-hai, LIU Ya-bing, CUI Jia-lun. Single-loop Robust Control of Permanent Magnet Synchronous Motors Based on Generalized Predictive Control[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202203007

基于广义预测控制的永磁同步电机单环鲁棒控制

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202203007
详细信息
    作者简介:

    杨曦:杨 曦(1978-), 男, 硕士, 工程师, 主要研究方向为水中兵器

  • 中图分类号: TJ05; U665.11

Single-loop Robust Control of Permanent Magnet Synchronous Motors Based on Generalized Predictive Control

  • 摘要: 为改进无人水下航行器用永磁同步电机控制系统的动态性能和鲁棒性, 简化控制系统结构, 提出了一种基于广义预测控制的永磁同步电机单环控制策略。首先基于连续时间的永磁同步电机模型, 通过优化新型目标函数的非线性广义预测控制策略, 设计了永磁同步电机转速-电流单环控制器。此外, 采用电流约束策略, 避免电流过大对电机和逆变控制器造成损害。此控制策略的控制结构简单, 只需调节预测时域即可实现永磁同步电机强鲁棒控制, 工程上易于实现。最后仿真实验结果表明, 所研究控制策略能有效地抑制外部扰动和内部参数摄动的影响, 实现了无人水下航行器用永磁同步电机控制系统的快动态响应和强鲁棒性。

     

  • 图  1  所研究控制策略结构框架图

    Figure  1.  The structure of the designed control strategy

    图  2  PMSM控制系统仿真模型

    Figure  2.  The simulation model of PMSM control system

    图  3  两种控制策略的仿真实验(1)结果

    Figure  3.  The simulation results of the both of controllers for experiment (1)

    图  4  两种控制策略的仿真实验(2)结果

    Figure  4.  The simulation results of the both of controllers for experiment (2)

    图  5  两种控制策略的仿真实验(3)结果

    Figure  5.  The simulation results of the both of controllers for experiment (3)

    表  1  PMSM参数

    Table  1.   PMSM parameters

    电机参数数值
    额定转速$/rpm$3 000
    直流母线电压$/{\text{V}}$311
    定子电阻$/\Omega $0.028 3
    直轴电感$/{\text{mH}}$0.274
    永磁体磁链$/{\text{Wb}}$0.019
    转动惯量$/{\text{(kg} } \cdot { {\text{m} }^{ {{ - 2} } } }{\text{)} }$0.071
    摩擦系数0.008
    极对数4
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    表  2  电机仿真实验(1)结果性能指标

    Table  2.   The performance of simulation experiment (1)

    方法起动时
    超调量
    起动上升
    时间
    减速时
    超调量
    减速上升
    时间
    $d$轴
    电流$\left| \Delta \right|$
    级联式PI策略9.3 r/min2.18 s9.45
    r/min
    1.08 s0.247 A
    所研究策略0 r/min2.18 s0 r/min1.08 s0.220 A
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    表  3  仿真实验(2)结果性能指标

    Table  3.   The performance of simulation experiment (2)

    方法转速稳态
    误差
    ${t_1}$时刻后
    转速变化
    ${t_2}$时刻后
    转速变化
    $d$轴
    电流$\left| \Delta \right|$
    级联式PI控制0 r/min21.9 r/min21.1 r/min0.229 2 A
    所研究控制策略0 r/min5.03 r/min4.64 r/min0.207 9 A
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    表  4  电机仿真实验(3)结果性能指标

    Table  4.   The performance index of the simulation experiment (3)

    方法超调量上升时间$d$轴电流
    $\left| \Delta \right|$
    级联式PI控制9.06 r/min2.23 s25.909 A
    所研究控制策略0 r/min2.19 s0.428 1 A
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  • [1] 张国楠, 胡利民, 王建平, 等. 一种低速大扭矩永磁同步电机设计方案[J]. 水下无人系统学报, 2020, 28(6): 694-698. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2020.06.015
    [2] 刘亚兵, 王海清, 胡钦龙, 等. UUV 用低速大扭矩推进电机控制方式对比分析[J]. 水下无人系统学报, 2020, 28(5): 547-554.
    [3] 刘旭东. 基于预测控制的电动汽车用永磁同步电机控制策略与关键技术研究[D]. 山东大学, 2016.
    [4] Li L, Pei G, Liu J, et al. 2-DOF Robust H-infinity Control for Permanent Magnet Synchronous Motor With Disturbance Observer[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2021, 36(3): 3462-72. doi: 10.1109/TPEL.2020.3015874
    [5] Morawiec M. The Adaptive Backstepping Control of Permanent Magnet Synchronous Motor Supplied by Current Source Inverter[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2013, 9(2): 1047-55. doi: 10.1109/TII.2012.2223478
    [6] Wu Y, Li G. Adaptive Disturbance Compensation Finite Control Set Optimal Control for PMSM Systems Based on Sliding Mode Extended State Observer[J]. Mechanical Systems Signal Processing, 2018, 98(402-14).
    [7] 崔佳伦. 基于广义预测控制的车用永磁同步电机鲁棒控制研究[D]. 昆明理工大学, 2021.
    [8] 游江, 赵国良, 罗耀华, 等. 深潜艇推进电动机的H控制研究[J]. 船舶工程, 2006, 28(6): 5. doi: 10.3969/j.issn.1000-6982.2006.06.005
    [9] 张瀚文, 王俊雄. 基于自适应反步滑模的AUV推进器容错控制[J]. 水下无人系统学报, 2021, 29(4): 420-427. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2021.04.008
    [10] 席裕庚. 预测控制[M]. 北京: 国防工业出版社, 2013.
    [11] Chen W, Ballance D J, Gawthrop P J. Optimal Control of Nonlinear Systems: A Predictive Control Approach[J]. Automatica, 2003, 39(4): 633-41. doi: 10.1016/S0005-1098(02)00272-8
    [12] Errouissi R, Ouhrouche M, Chen W, et al. Robust Cascaded Nonlinear Predictive Control of a Permanent Magnet Synchronous Motor with Antiwindup Compensator[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2011, 59(8): 3078-88.
    [13] Liu X, Zhang C, Li K, et al. Nonlinear Predictive High Order Sliding Mode Control for Permanent Magnet Synchronous Motor Drive System[J]. Journal of Mathematics and Computer Science, 2016, 16(3): 402-411. doi: 10.22436/jmcs.016.03.10
    [14] Errouissi R, Ouhrouche M, Chen W H, et al. Robust nonlinear Predictive Controller for Permanent-magnet Synchronous Motors with an Optimized Cost Function[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2011, 59(7): 2849-2858.
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-03-10
  • 修回日期:  2022-04-08
  • 网络出版日期:  2022-08-10

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