基于转矩预测控制的交流驱动系统设计研究文献综述

 2021-09-27 00:00:13

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1.课题背景与意义:

随着电力电子技术、计算机技术的发展,交流电机控制技术有了很大的发展,己经逐渐替代传统的直流传动技术,应用在国民经济的许多领域,并且随着现代社会生产力的不断提高,直流电机调速系统的局限性变得越来越明显,交流电机调速系统因其结构简单,坚固耐用,惯量小,动态响应好,效率高,经济可靠,适应环境广,易于维护,易于向高压大容量发展等优点而逐步取代直流调速系统,在传动领域占据了主导地。现今的交流电机控制技术主要朝着数字化、智能化、集成化的方向发展。交流调速控制技术先后出现了:调速控制,矢量调速控制,直接调速转矩控制以及正在逐渐成熟的智能调速控制。DTC作为近年来发展的一种新型的控制技术,成为了交流电机控制领域的研究热点。

除了转矩控制以外,模型预测控制(Modelpredictivecontrol,MPC)从上世纪70年代问世以来,已经从最初在工业过程中应用的启发式控制算法发展成为一个具有丰富理论和实践内容的新的学科分支[13]预测控制针对的是有优化需求的控制问题,30多年来预测控制在复杂工业过程中所取得的成功,已充分显现出其处理复杂约束优化控制问题的巨大潜力。

直接转矩控制以其结构简单、强鲁棒性与快速性等特点受到了世界各国变频调速领域企业及科研院所更为普遍的关注,并且该技术已经成功地应用于大功率交流电机驱动系统。然而直接转矩控制技术以容差形式的Bang-Bang控制模式给系统的稳态运行带来了转矩脉动大、电流谐波成分重、定子磁链轨迹畸变等严重问题,大大限制了其应用领域,这一点已经成为传统直接转矩控制技术不可逾越的缺陷。如果将预测控制技术与直接转矩控制技术融合,提出新的交流驱动系统控制理论,将会是解决此问题的最好出路。

2.研究课题的国内外研究现状的介绍以及应用:

2.1各方法的原理:

直接转矩控制技术(简称DTC)是继矢量控制之后又一高性能的交流变频调速技术。德国教授Depenbrock和日本学者Tkahaas.hi最早提出的开创性方案虽然在理论推导和实现方法上有所不同,但是基本思想是一致的,即:摒弃了矢量控制中电流解祸的控制思想,去掉了PWM脉宽调制器和电流反馈环节,通过检测母线电压和定子电流,直接计算出电机的磁链和转矩,并利用两个滞环比较器,直接实现对定子磁链和转矩的解祸控制。

DTC技术与传统的矢量控制相比,具有以下的主要特点:

(1)控制结构非常简单。传统的转子定向控制系统需要四个PI调节器和一个单独的PWM调制器,而DTC控制仅需要一对滞环控制器和一个速度PI调节器,这使得DTC具有更优良的动态性能;

(2)直接转矩控制的运算均在定子静止坐标系中进行,不需要在旋转坐标系中对定子电流进行分解和设定,所以不需要像矢量控制那样进行复杂的坐标变换,大大地简化了运算处理过程,简化了控制系统结构,提高了控制运算速度。

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