摘要
永磁同步电机在机器人和新能源汽车等领域具有高效率、高功率密度、高可靠性等优点。但当电机驱动系统受到参数摄动、失磁故障和外部扰动等不确定因素影响时，传统模型预测控制算法无法满足对电流转速等高性能控制的要求。基于此问题，本文以永磁同步电机驱动系统为研究对象，围绕永磁同步电机无模型预测控制策略开展了一系列研究。 首先，论文简要介绍了永磁同步电机的基本结构和工作原理，建立了永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型。为了解决电机参数不匹配情况下，传统模型预测控制降低系统控制性能的问题，提出了无模型预测电流控制算法。通过建立永磁同步电机的超局部模型，将模型预测控制与无模型控制相结合，设计了无模型预测控制器。同时采用在线参数辨识估计超局部模型中的未知部分，并利用Simulink仿真验证了所提算法的有效性。 其次，本文为进一步解决控制系统性能下降的问题，将超局部模型改进为新型超局部模型，分离电机未知扰动中的线性部分和非线性部分。在无模型预测控制的基础上结合无差拍控制，设计无模型无差拍预测电流控制器，补偿电压矢量输出时的一拍延迟。引入滑模观测器以精确估计模型中的未知部分，利用Lyapunov稳定性理论证明滑模观测器的稳定性。通过仿真和实验结果证明了所提算法改善了永磁同步电机在参数失配时的暂稳态性能，提高了系统抗干扰能力。 最后，为进一步改善系统的鲁棒性，在永磁同步电机驱动系统的转速环中引入无模型无差拍控制算法，设计了无模型无差拍预测转速控制器。在滑模观测器的基础上构建改进滑模观测器，降低滑模观测器的抖振现象。将改进滑模观测器同时应用到无模型无差拍预测转速-电流控制器，用于估计新型超局部模型中的未知部分。仿真及实验结果表明该算法具有更好的暂稳态性能和更强的鲁棒性，摆脱了预测控制对高精度电机模型的依赖，抑制了模型失配对控制系统的影响。
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