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摘 要

随着科技的进步，永磁同步电机(Permanent Manet Synchronous Motor,PMSM)的在很多场合获得了普遍的应用，但高性能永磁同步电机的传动系统对电机控制准确度的要求却愈来愈高。在许多场合，传统的控制方式已难以满足较高的控制需求。模型预测控制(Model PredictiveControl，MPC)考虑控制量对体系将来的影响，能够获得高性能的控制结果，在过程控制领域已取得成功的应用。然而到目前为止，国内外将模型预测算法应用于永磁同步电机的研究成果较少。深入研究基于模型预测算法的永磁同步电机控制，能够有用的提升电机动力利用率，拥有重要的实际意义。为此，本文对永磁同步电机的模型预测控制进行了研究，主要研究内容有：

1、以永磁同步电机的构造和原理为基础，分析介绍了PMSM的数学模型，电机矢量控制方法原理及实现。在Matlab／simulink仿真环境下对基于矢量控制的永磁同步电机调速系统进行仿真，为永磁同步电机的模型预测控制的研究奠定了基础。

2、联系模型预测控制的基本原理和特征，给出了永磁同步电机模型预测控制器的设计方式。在Matlab／simulink仿真环境下，建立永磁同步电机模型预测控制系统的仿真模型。

3、利用自动微分(Automatic Differentiation，AD)理论建立永磁同步电机电流模型预测控制算法。

关键词：永磁同步电机，模型预测控制，自动微分原理

Model predictive control of PMSM

Abstract

As the application of permanent magnet synchronous motor(PMSM)becomes extensive，the demand for high-performance and control accuracy of PMSM drive system is getting increasingly high．In many occasions traditional control methods come into trouble to satisfy higher control needs than before．Model Predictive Control(MPC)does not depend on the control of error,SO it is able to obtain high control precision，and has already achieved Success in the applications of process contr01．But SO far, the algorithm of MPC applied to the study of PMSM is still in its infancy at home and abroad．Depth study of MPC algorithm in PMSM Can dramatically improve energy efficiency of motors，and also has great practical significance．For this，researches are made on MPC algorithm in PMSM，the main contents are as follows：

1．Start from PMSM mechanism，analyze the mathematical model of PMSM，the current vector control method，the coordinate transformation principle，the principle and implementation of voltage space vector modulation．Simulate the PI double closed—loop control of PMSM using Matlab／Simulink，the simulation prepares for the research of predictive contr01．

2．Combined with the basic principles and characteristics of Model Predictive Control technology, the design method of MPC controller is given．S-function module in Simulink has been used to create a simulation model of MPC in PMSM。

3．An automatic differentiation(AD)based model predictive control(MPC) algorithm for Permanent Magnet Synchronous Motors(PMSM)is proposed．

Keywords：Permanent Manet Synchronous Motor, Model Predictive Control， Automatic Differentiation，Extended State Observer

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1工作背景 1

1.2研究成果 2

1.3预测控制的概念 2

1.4本设计特点及主要研究内容 3

第2章 永磁同步电机的建模 4

2.1永磁同步电机模型建立 4

2.1.1 永磁同步电机的结构 4

2.1.2 永磁同步电机的方程 4

2.2永磁同步电机转矩预测控制 5

2.3永磁同步电机矢量控制 5

2.3.1永磁同步电机矢量控制系统 7

2.4本章小结 8

第3章 永磁同步电机的模型预测控制 9

3.1模型预测控制 9

3.1.1预测模型 9

3.1.2滚动优化 10

3.1.3反馈校正 11

3.2 永磁同步电机模型预测控制原理 12

3.2.1基于MPC的电流控制策略 12

3.2.2 永磁同步电机转矩预测控制 12

3.3仿真分析 13

3.4 本章小结 14

第4章 应用自动微分的永磁同步电机模型预测控制 15

4.1 自动微分原理 15

4.2 利用自动微分技术求泰勒级数 15

4.3 永磁同步电机自动微分模型预测算法设计 16

4.4仿真 18

4.4.1 MATLAB软件简介 18

4.4.2 控制系统结构 19

4.4.3 优化时域、控制时域及泰勒级数展开级数的选取 19

4.4.4 仿真模型及仿真结果 20

4.5 本章小结 22

结语 23

参考文献 24

致谢 26

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