摘要
永磁同步电机具有高效率、高功率密度、高转矩密度、高功重比的特性，广泛应用于轨道交通、智能制造、电动汽车、无人飞行器、新能源发电等领域。随着应用范围的逐渐扩大，日益复杂的工作环境对永磁同步电机的控制性能提出更高要求。模型预测控制具有动态性能好，内部解耦的特点，能够有效实现多目标优化控制，且易于加入非线性约束条件，在近十几年得到了快速的发展和广泛的研究。作为模型预测控制策略的主要分支之一，有限集模型预测控制具有更高的动态响应速度和简洁的控制结构，但其存在较长程序执行时间与较短控制周期之间的矛盾，算法执行效率低于传统线性控制算法，影响开关频率与控制精度的进一步提升。另一方面，有限集模型预测控制与连续集模型预测控制在动、稳态性能上有各自的优势，但是无法实现动态与稳态控制性能的兼顾。 本文针对以上两点问题，结合近几年微控制器在多核心领域的发展，以永磁同步电机为被控对象，提出了一种基于多核并行计算的模型预测控制策略。本文的主要内容为： 结合多核心微控制器硬件架构的特点，对有限集模型预测控制算法的结构特点进行分析，通过对传统的单核顺序控制策略进行重构，提出了基于双核、四核并行控制的有限集模型预测控制策略，并在此基础上设计了数据交换策略和动态标志位，有效提高了算法的执行速度，缩短了控制周期。 以多核心微控制器与现场可编程逻辑门阵列为硬件架构，将有限集模型预测控制和连续集模型预测控制分别分配至微控制器的两个核心，提出了高、低速开关频率相互配合的双核心并行控制架构，并设计了双核控制算法的切换策略以及切换时间点判断方法，实现了模型预测控制的变开关频率控制。 为了验证所提算法的有效性和可行性，通过搭建实验系统，将多核并行控制与单核顺序控制下的有限集模型预测控制策略在动、稳态性能、附加约束兼容性、程序执行时间上进行了分析对比，证明了所提方法在保持原算法控制性能和控制特点的前提下，有效降低了算法执行时间。另一方面，对基于变开关频率控制的模型预测控制策略进行实验验证，结果表明，所提的高、低速开关频率相互配合的双核心并行控制架构可以兼顾连续集模型预测控制的稳态性能和有限集模型预测控制的动态性能。
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