论文部分内容阅读
矩阵变换器(MC)是一种交-交功率变换装置,具有能量可双向流动、输入输出电流为正弦、输入电流畸变率(THD)低、无中间直流储能环节、功率因数为1等优点,很适合用于驱动永磁同步电机,组成矩阵变换器-永磁同步电机驱动系统(MC-PMSM)。但由于矩阵变换器直接变换的特性,在采用空间矢量调制策略时,电网电压扰动会直接影响矩阵变换器的输出。电压不平衡是一种常见的电网电压扰动,会导致MC的输出电压和电流中含有低次谐波,对MC馈电的电机驱动系统,将造成电机转矩、转速出现波动;电机本身参数摄动也会影响电流环响应,进而影响电机转矩、转速输出。论文针对MC-PMSM存在的上述问题,深入研究了抑制电网电压扰动对系统输出影响的控制策略,提出在MC-PMSM驱动系统电流控制器设计中引入滑模变结构控制器(SMC),取代传统的前馈补偿控制与PI控制结合的方式,以提高系统对电网扰动和电机参数摄动的鲁棒性,简化系统控制结构,节省成本。论文首先介绍PMSM矢量控制系统原理及具体实现。在MC的空间矢量调制的基础上,分析电网电压不平衡对MC输出的影响,将其转化至永磁同步电机dq坐标系下,视为电机模型中的一种扰动,以建立电压扰动和电机参数摄动下的永磁同步电机解耦数学模型(扰动模型)。针对这一模型,采用趋近律的方法设计积分型滑模控制器,根据模型中扰动量的上限值,合理选取控制器参数。为了验证滑模变结构控制的可行性,运用数值仿真的方法,对这种控制策略下电机的运行性能进行分析,仿真结果表明,采用滑模控制的系统运行良好,可以有效地抑制参数摄动和电网扰动对系统电流环的影响。最后,在理论研究和仿真分析的基础上搭建了基于交-直-交变频器的PMSM矢量控制系统,与实验室自行研制的MC实验平台相结合,加入滑模变结构控制算法,完成了对理论分析的验证。实验结果表明,采用SMC的MC-PMSM系统电流环对于电网电压扰动具有较好的抑制作用,有效地降低了电网电压不平衡导致的电机负载电流中二倍频谐波含量,从而避免了这种扰动对电机输出电磁转矩和转速的影响,具有较强的工程实用性,为MC-PMSM系统的实用化做了有益的探索。