基于转子电流模型参考自适应的双馈电机无位置传感器预测功率控制.docx

在现代电气驱动系统中，双馈感应电机（DFIM）因其高效率、低损耗和能量回馈能力而被广泛应用于各种工业领域。然而，DFIM的控制策略通常需要依赖于精确的位置或速度传感器以实现精确的转矩和功率控制，这就增加了系统的复杂性、成本和潜在的维护问题。为了解决这些问题，本文提出了基于转子电流模型参考自适应的双馈电机无位置传感器预测功率控制策略。 模型预测控制（MPC）在近年来被证实是一种有效的多变量控制方法，它能够同时处理多个控制目标，并且能够很好地处理系统的约束条件。MPC通过优化一个有限时间范围内的预测模型来确定控制输入，从而实现对系统的预测控制。MPC的这些优势使得它成为工业界首选的控制方法之一。然而，MPC在DFIM控制中的应用尚存在一定的挑战，如模型的准确性、计算负担以及对参数变化的适应性等。 模型参考自适应系统（MRAS）提供了一种解决DFIM无位置传感器控制的方法。通过设计一个参考模型和一个适应模型，并将两者的输出进行比较，我们可以得到电机转速和转子位置的估计值。MRAS的主要优点在于能够实时地校正参数变化，并适应电机运行过程中可能出现的非线性和不确定性。 同时，锁相环（PLL）和速度自适应降阶观测器也是实现无位置传感器控制的有效方法。PLL通过锁相技术实现对电机频率和相位的准确跟踪，而速度自适应降阶观测器则通过降阶模型简化了速度的计算过程。这些方法都能够在不同程度上解决DFIM无位置传感器控制的需求。 在MPC和MRAS的基础上，本文提出了一种无差拍预测控制的思想。该思想通过推导出DFIM定子侧复功率微分式，从而得到转子侧电压的参考值。通过空间矢量调制（SVM）产生开关信号，并作用于两电平逆变器，这一过程避免了传统矢量控制中复杂的PI系数整定过程，减少了计算量，同时提高了系统的动态响应速度。 PI控制器在转子电流的估计值与实际值之间的比较结果中起到了关键作用。通过精确的PI调节，可以获得准确的转子位置信息，实现无位置传感器控制。这种方法不仅可以实现转子位置和速度的准确估计，还能够在各种运行条件下保持良好的鲁棒性和动态性能。 为使控制系统设计更加完备，本文还给出了DFIM的数学模型。这些模型包括定子电压、转子电压、定子电流、转子电流、定子磁链和转子磁链等变量的数学模型，以及瞬时功率的定义和定转子功率的表示式。这些数学模型为无位置传感器预测功率控制策略提供了理论基础。 本文提出的基于转子电流模型参考自适应的双馈电机无位置传感器预测功率控制策略，不仅能够满足现代电气驱动系统的高效、精确控制需求，而且能够减少系统的硬件成本和提高系统的稳定性和可靠性。这种控制策略的应用前景广阔，特别是在需要高动态性能、高稳定性和低成本的场合，如风力发电和电动汽车等领域。随着控制理论与电力电子技术的进一步发展，预计该策略将在未来得到更加广泛的应用。