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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): 291-297 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): 291-297 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202203007
YANG Xi, LIU Guohai, LIU Yabing, CUI Jialun. Single-loop Robust Control of Permanent Magnet Synchronous Motors Based on Generalized Predictive Control[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2023, 31(2): 291-297. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202203007
Citation: YANG Xi, LIU Guohai, LIU Yabing, CUI Jialun. Single-loop Robust Control of Permanent Magnet Synchronous Motors Based on Generalized Predictive Control[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2023, 31(2): 291-297. 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电动力技术

  • 中图分类号: U674.76; TM341

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(UUV)用永磁同步电机(PMSM)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PMSM单环控制策略。该方法基于连续时间的PMSM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PMSM转速-电流单环控制器。同时采用电流约束策略, 避免了电流过大对电机和逆变控制器造成的损害。该控制器控制结构简单, 只需调节预测时域即可实现PMSM强鲁棒控制, 工程上易于实现。仿真实验结果表明, 所研究控制策略能有效抑制外部扰动和内部参数摄动的影响, 实现了UUV用PMSM控制系统的快速动态响应和强鲁棒性。

     

  • 图  1  控制策略结构框架图

    Figure  1.  Structure of the control strategy

    图  2  PMSM控制系统仿真模型

    Figure  2.  The simulation model of PMSM control system

    图  3  2种控制策略的仿真实验1结果

    Figure  3.  The simulation results of two control strategies of experiment 1

    图  4  2种控制策略的仿真实验2结果

    Figure  4.  The simulation results of two control strategies of experiment 2

    图  5  2种控制策略的仿真实验3结果

    Figure  5.  The simulation results of two control strategies of experiment 3

    表  1  PMSM参数

    Table  1.   PMSM parameters

    参数数值
    额定转速$/({\rm{r/min} })$3 000
    直流母线电压$/{\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} } / { {\text{m} }^{ 2} }{\text{)} }$0.071
    摩擦系数0.008
    极对数4
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    表  2  仿真实验1结果性能指标

    Table  2.   The performance of simulation experiment 1

    控制策略起动时超
    调量/(r/min)
    起动上升
    时间/s
    减速时超
    调量/(r/min)
    减速上升
    时间/s
    $d$轴
    电流$\left| \varDelta \right|$/A
    级联式PI控制9.32.189.451.080.247
    所研究控制02.1801.08 0.220
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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

    控制策略转速稳态
    误差/(r/min)
    ${t_1}$时刻后转速
    变化/(r/min)
    ${t_2}$时刻后转速
    变化/(r/min)
    $d$轴电流
    $\left| \varDelta \right|{\rm{/A} }$
    级联式PI控制021.921.10.229 2
    所研究控制05.034.640.207 9
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    表  4  仿真实验3结果性能指标

    Table  4.   The performance indexes of two controllers of experiment 3

    控制策略超调量/(r/min)上升时间/s$d$轴电流$\left| \varDelta \right|{\rm{/A} }$
    级联式PI控制9.062.2325.909
    所研究控制02.190.428 1
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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

    Zhang Guonan, Hu Limin, Wang Jianping, et al. A Design scheme of low-speed high-torque permanent magnet synchronous motor[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 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.

    Liu Yabing, Wang Haiqing, Hu Qinlong, et al. Comparative analysis on control mode of low-speed high-torque motor used in UUV[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 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]. 济南: 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: 402-414.
    [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: 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): 13-17. doi: 10.3969/j.issn.1000-6982.2006.06.005

    You Jiang, Zhao Guoliang, Luo Yaohua, et al. Study of H control for propulsion motor of deep submergence vehicle[J]. Ship Engineering, 2006, 28(6): 13-17. 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

    Zhang Hanwen, Wang Junxiong. Fault-tolerant control of AUV thruster based on adaptive backstepping sliding mode[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 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): 633-641. 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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