电动燃油泵用永磁同步电机的无位置传感器模型预测控制

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电动燃油泵作为多电飞机能源系统中的基础设备之一,其合理的燃油供给是整个飞机能源系统的重中之重,对油泵电机的控制提出了更高要求。本文以一台三相9/6极永磁同步油泵电机为研究对象,在对其结构特点、工作原理和数学模型分别展开分析的前提下,从应对燃油泵恶劣的工作环境以及提升油泵电机控制性能的角度下,提出了一种基于新型滑模观测器(Sliding mode observer,SMO)的无位置传感器模型预测控制策略。该策略不需要机械位置传感器来实时检测电机转子位置和转速,提升了电动燃油泵系统的可靠性,并且控制效果良好。本文的主要研究内容可以列举为以下几点:1.分析了三相9/6极永磁同步油泵电机的结构特点、静态特性以及工作原理,构建了电机在三相静止和两相旋转坐标系下的数学模型,为后文新型SMO电机位置估算模块与模型预测控制奠定基础。2.针对传统滑模观测器采用反正切和微分运算求取电机转子位置和转速时误差较大,毛刺多的问题,设计了TypeⅡ型跟踪环路对SMO估计的两相等效反电动势的角频率和相角信息进行提取,实现了对电机转子位置角和转速信息的无差跟踪。3.研究了滑模模型预测控制,由预测模型预测得到定子电压和电流作为新型SMO的输入来获得电机转子位置和转速,之后,用当前时刻d、q轴定子电流和新型SMO估算所得的转子位置角来预测下一个时刻d、q轴电流,并根据代价函数来选取最优开关电压矢量,控制思想简单直接,在此系统中不需要传统的电流环,避免了对电流环PI的参数调节,且新型SMO高精度估算转子位置角又进一步的提升了系统控制性能。4.设计了系统实验所需硬件驱动控制电路,主要由电源、控制器、SCI通信、电流检测与保护以及驱动等几个模块组成,并编写了相应的软件程序,主要为模型预测控制算法、电机位置辨识算法、上位机通讯、电流A\D采集、电流保护等。5.搭建了三相9/6极永磁同步油泵电机实验测试平台,并制订了详细的实验方案,进行了相应的实验研究,验证了模型预测无位置控制策略的正确性及有效性,满足了电动燃油泵的应用需求。
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