摘要
随着我国城轨列车技术的不断发展，永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Machine, PMSM)牵引系统开始得到广泛的关注。与传统三相PMSM牵引系统相比，多相PMSM具有诸多显著优点：功率密度更高、体积更小、容错性强；输出转矩脉动小且运行噪音低；控制自由度增多，控制策略更加丰富。本文以五相内嵌式永磁同步电机为研究对象，以基于最大转矩电流比的矢量控制算法为基础，研究了电感参数辨识算法及多模式调制算法，该调制算法结合了空间矢量脉宽调制(Space vector pulse width modulation, SVPWM)及特定次谐波消除脉宽调制(Selected harmonic elimination pulse width modulation, SHEPWM)，并设计多模式调制切换算法，克服了不同调制之间切换时造成的转矩与电流冲击问题。 首先，本文推导了五相永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型，介绍了五相电压源型逆变器的工作原理，详细分析并总结了32个空间电压矢量在α1-β1基波空间及α3-β3谐波空间中的分布规律。 其次，研究了矢量控制及最大转矩电流比控制的原理，并结合五相内嵌式永磁系统的特点，介绍了五相PMSM基于最大转矩电流比的矢量控制策略；为减少控制系统对电感参数的依赖性，增强系统的稳定性，分析了带有遗忘因子的递推最小二乘法(Forgetting Factor Recursive Least Square Algorithm, FRLS)的原理，并结合五相PMSM数学模型，采用基于递推最小二乘法的五相PMSM电感辨识算法，利用该算法可以对电机的直轴电感Ld及交轴电感Lq进行在线辨识。 然后，研究了相邻两矢量SVPWM算法(Nearest two vectors-SVPWM, NTV-SVPWM)及最近四矢量SVPWM算法(Nearest four vectors-SVPWM, NFV-SVPWM)两种适用于五相PMSM的SVPWM算法，并对两种调制算法的优缺点进行了对比；研究了SHEPWM算法的基本原理，详细推导了五相SHEPWM算法开关角的求解过程，设计出适用于五相系统的SHEPWM算法；结合对五相系统的SVPWM算法及SHEPWM算法的分析，设计出适用于五相系统的多模式调制算法，并从永磁同步电机的等效电路模型出发，研究了多模式调制切换算法，克服了切换时造成的冲击问题，实现转矩与电流的平滑过渡。 最后，设计搭建了DSP+FPGA控制器并结合RT-LAB半实物实验平台，对本文所提算法进行了硬件在环半实物验证，实验结果证明了算法的有效性与正确性。
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