准Z源逆变器-永磁同步电机系统控制方法研究

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使用准Z源逆变器驱动永磁同步电机有助于提升驱动系统的运行性能和可靠性,本文致力于探索应用于准Z源逆变器-永磁同步电机系统中的新型控制方法,实现准Z源逆变器独有特性和永磁同步电机工作机理的优势互补和融合。
  本文首先建立准Z源逆变器和永磁同步电机的数学模型,并分析准Z源逆变器暂、稳态运行特征。继而,针对传统永磁同步电机系统变母线电压控制、单电流传感器控制和无位置传感器带速重投控制中的现存问题展开研究,并指出利用准Z源逆变器工作特性突破三种传统永磁同步电机控制方法局限性的可能。
  在变母线电压控制方面,本文利用一个PI调节器通过闭环控制一个基波周期内零矢量占空比最小值为零来间接调节母线电压幅值至满足永磁同步电机运行需求的最小值。该方法能克服传统变母线电压控制应用于准Z源逆变器-永磁同步电机系统时对输入电压实时监测的依赖性,解决因难以获得母线电压参考值精确模型而不得不增大其裕量的问题,有助于降低系统成本、提升系统运行效率。
  在单电流传感器控制方面,本文选择两个逆变桥支路电流之和作为测量对象,探索在准Z源逆变器所特有的直通矢量下进行单电流传感器采样并完成三相电流重构的可能性。在此基础上,设计双桥臂直通的准Z源逆变器调制策略,并根据永磁同步电机运行工况动态切换电流采样方法和匹配调制策略。该方法能够彻底消除传统单电流传感器控制中固有的测量盲区,进而突破系统输入电压利用率低的局限性。
  在无位置传感器带速重投控制方面,本文利用准Z源逆变器直通矢量的双重属性,将传统两零矢量短路法中的零矢量部分或全部替换为直通矢量,在准确估计无位置传感器永磁同步电机带速重投前的初始转速和转子位置的同时,实现母线电压幅值的预泵升,进而缩短电磁转矩从供电恢复至第一次上升至参考值的时间。该方法既使得准Z源逆变器-永磁同步电机系统具有无位置传感器带速重投能力,又使得永磁同步电机带速重投过程具有转矩快速响应的特性。
  最后,本文利用自行搭建的实验平台对所提出的三种永磁同步电机控制方法进行实验验证,结果表明所提出的三种控制方法均能够实现良好的运行性能,并具有参数鲁棒性强、运行效率和输入电压利用率高以及转矩响应速度快的优势。
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