【正文】 電機(jī)負(fù)載的預(yù)測模型，結(jié)合預(yù)測控制原理以及閉環(huán)控制，轉(zhuǎn)速環(huán)為傳統(tǒng)的PI控制器，電流環(huán)采用預(yù)測控制算法，采用常規(guī)預(yù)測控制調(diào)制策略，基于TSMC實(shí)現(xiàn)了對PMSM的矢量控制。驗(yàn)證了常規(guī)預(yù)測控制策略在PMSM控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，為以后研究基于TSMC的PMSM控制系統(tǒng)的容錯(cuò)控制做好了準(zhǔn)備。第五章 雙級矩陣變換器容錯(cuò)控制研究 一般的容錯(cuò)控制策略可分為硬件重構(gòu)法和軟件重構(gòu)法。簡單的來說，硬件重構(gòu)法是指在變換器的功率器件發(fā)生故障后，通過改變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如增加輔助橋臂、增加冗余開關(guān)等來實(shí)現(xiàn)事故后的容錯(cuò)控制；軟件重構(gòu)法是指在故障發(fā)生后不增加冗余結(jié)構(gòu)，而是通過改變或優(yōu)化調(diào)制策略，盡量補(bǔ)償開關(guān)故障的影響，使系統(tǒng)能夠在損失部分性能的條件下繼續(xù)運(yùn)行。相比較而言，硬件重構(gòu)補(bǔ)償性能好，能夠使系統(tǒng)恢復(fù)到無故障的狀態(tài)，但是成本也比較高，并且增加冗余電路會增大系統(tǒng)的體積；軟件重構(gòu)的補(bǔ)償性能達(dá)不到完全無故障的狀態(tài)，但是成本低，不需要增加系統(tǒng)的體積。本文中采用了軟件重構(gòu)法進(jìn)行容錯(cuò)控制。 本文研究的容錯(cuò)控制策略是針對雙級矩陣變換器一個(gè)功率開關(guān)管發(fā)生故障后，通過軟件重構(gòu)，改變其調(diào)制策略來進(jìn)行補(bǔ)救。正常情況下TSMC采用SVPWM調(diào)制，但是SVPWM調(diào)制對于應(yīng)對故障容錯(cuò)，通常需要對電路拓?fù)溥M(jìn)行改變，因此，提出一種基于預(yù)測控制算法的事故后容錯(cuò)控制策略。 預(yù)測控制在第四章中已經(jīng)進(jìn)行過介紹，預(yù)測控制是根據(jù)檢測到的當(dāng)前值通過預(yù)測模型計(jì)算得到下一時(shí)刻的預(yù)測值，然后通過滾動優(yōu)化、誤差矯正使預(yù)測值跟隨給定值，最終得到想要的控制效果。 在第四章的介紹中，可知在采用預(yù)測控制的TSMC系統(tǒng)中，在一個(gè)PWM周期內(nèi)共有24種開關(guān)狀態(tài)可供選擇。如果故障開關(guān)位于整流級，則可用的開關(guān)狀態(tài)減少為16個(gè)；若故障開關(guān)位于逆變級，則可用的開關(guān)狀態(tài)減少為12種。因此，定位故障開關(guān)后，不再使用受影響的開關(guān)狀態(tài)，并且從剩余的開關(guān)狀態(tài)中選取一個(gè)開關(guān)狀態(tài)代替故障開關(guān)狀態(tài)，這一控制過程即通過預(yù)測控制來實(shí)現(xiàn)?；赥SMC帶阻感負(fù)載的系統(tǒng)來驗(yàn)證這一容錯(cuò)控制策略，可得到系統(tǒng)控制框圖如圖51所示圖51 TSMC帶阻感負(fù)載的容錯(cuò)控制系統(tǒng) 圖51所示的控制系統(tǒng)中，以為控制量，檢測得到經(jīng)過輸出電流預(yù)測值計(jì)算模塊計(jì)算得到輸出電流預(yù)測值，將預(yù)測值和給定值經(jīng)過開關(guān)選擇模塊進(jìn)行比較、選擇，其中包含故障開關(guān)狀態(tài)的預(yù)測值不參與計(jì)算，然后得到符合要求的開關(guān)狀態(tài)，將其賦予TSMC實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)控制。 雙級矩陣變換器帶阻感負(fù)載系統(tǒng)預(yù)測模型 開關(guān)數(shù)學(xué)模型 ，可得TSMC的開關(guān)數(shù)學(xué)模型為 整流級開關(guān)數(shù)學(xué)模型： ()式中為直流電壓，為輸入電壓。 逆變級開關(guān)數(shù)學(xué)模型： ()式中是輸出電壓。 負(fù)載模型 可得負(fù)載模型為 ()設(shè)采樣周期為，可得 () 結(jié)合式（）、式（）可得負(fù)載離散數(shù)學(xué)模型為 ()式（）中可檢測得到，可通過開關(guān)數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到。 容錯(cuò)控制實(shí)現(xiàn)流程 根據(jù)圖51，基于預(yù)測控制策略的TSMC容錯(cuò)控制系統(tǒng)的控制流程為： 以電路的輸出電流作為控制量，在每個(gè)采樣周期的初始時(shí)刻，檢測得到輸出電流和輸入電壓，經(jīng)過開關(guān)模型和負(fù)載模型可計(jì)算得到輸出電流的預(yù)測值，為實(shí)現(xiàn)預(yù)測值跟隨給定值并且減小誤差，在兩相靜止軸系上，構(gòu)建一個(gè)價(jià)值函數(shù)g根據(jù)預(yù)測值和給定值計(jì)算得到的價(jià)值函數(shù)g是開關(guān)選擇的依據(jù)，每一組開關(guān)狀態(tài)都能得到相應(yīng)價(jià)值函數(shù)g的值，價(jià)值函數(shù)g得到最小值的開關(guān)狀態(tài)即為滿足要求的開關(guān)狀態(tài)。因此，若TSMC的開關(guān)管發(fā)生故障，準(zhǔn)確定位故障開關(guān)后，只需在預(yù)測控制程序?qū)崿F(xiàn)時(shí)將包含故障開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)全部剔除出去，不參與開關(guān)選擇，從而實(shí)現(xiàn)對剩余正常開關(guān)狀態(tài)的替代選擇。 將這一控制過程通過程序流程圖來描述，如圖52所示。圖52 容錯(cuò)控制策略程序流程圖 根據(jù)第四章介紹的常規(guī)預(yù)測控制策略，圖52中，在一個(gè)區(qū)間內(nèi)，將所有可供選擇的24種開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行排序，j為從1到24的數(shù)字，每一種開關(guān)狀態(tài)包含有12個(gè)開關(guān)控制信號；將TSMC中的所有開關(guān)從1到12進(jìn)行編號，n為故障信號，其為0到12的數(shù)字，TSMC處于正常狀態(tài)下n=0，若發(fā)生故障，經(jīng)過故障診斷策略診斷出第n個(gè)開關(guān)管發(fā)生故障；表示開關(guān)狀態(tài)的第n個(gè)開關(guān)控制信號，為“1”則開關(guān)導(dǎo)通，為“0”則關(guān)斷；為輸出的開關(guān)狀態(tài)。 在常規(guī)預(yù)測控制策略中，逆變級的可能開關(guān)狀態(tài)是固定不變的，為圖42中的6個(gè)開關(guān)狀態(tài)以及2個(gè)零矢量的開關(guān)狀態(tài)，整流級的開關(guān)狀態(tài)隨著區(qū)間的不同而改變，以整流級的輸入?yún)⒖茧娏髟诘谝粎^(qū)間為例，整流級的可能開關(guān)狀態(tài)為“1X0”、“10X”、“X10”，將其組合可有24種可能的開關(guān)狀態(tài)，由此得到第一區(qū)間的開關(guān)表。其他區(qū)間的開關(guān)表可由此類推。 仿真研究 根據(jù)圖51所示系統(tǒng)控制框圖，使用MATLAB軟件搭建TSMC的容錯(cuò)控制系統(tǒng)，如圖53所示。圖53 TSMC的容錯(cuò)控制系統(tǒng) 仿真參數(shù)為：輸入電源為三相正弦電壓，相電壓為220V，頻率為50Hz。負(fù)載為三相對稱的阻感負(fù)載，每一相電阻為10Ω，電感為30mH；，電容為21uF。 如圖54所示，參考電流設(shè)置為幅值為5，頻率為100Hz，頻率不變。圖54 輸出電流波形 如圖55所示為系統(tǒng)容錯(cuò)控制對比，0s~，得到故障波形，得到容錯(cuò)后的波形，與正常波形和故障波形進(jìn)行比較，可看出容錯(cuò)之后的電流波形明顯得到較大的改善，說明容錯(cuò)控制策略發(fā)揮了作用。圖55 正常、故障、容錯(cuò)后波形對比圖 本章小結(jié) 本章基于前幾章的內(nèi)容，提出了一種TSMC的容錯(cuò)控制策略，通過仿真研究驗(yàn)證了常規(guī)預(yù)測控制算法對TSMC整流級開關(guān)故障時(shí)的容錯(cuò)控制，通過研究發(fā)現(xiàn)預(yù)測控制算法原理簡單易懂，實(shí)現(xiàn)起來比較方便，而且容錯(cuò)效果優(yōu)秀。但是容錯(cuò)控制的研究還不夠完善，比如對于逆變級的開關(guān)故障的容錯(cuò)還不是很理想，并且將該方法應(yīng)用到PMSM矢量控制系統(tǒng)中時(shí)容錯(cuò)效果不明顯。因此還需進(jìn)一步開展研究，完善容錯(cuò)控制策略。第六章 總結(jié) 本文主要完成了以下幾方面的研究工作：（1）介紹了TSMC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，工作原理以及雙空間矢量調(diào)制策略，并在MATLAB上搭建仿真模型，得出仿真結(jié)果。（2）研究了基于TSMC的PMSM矢量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，介紹了永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)出永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)雙閉環(huán)PI控制器的設(shè)計(jì)方法，計(jì)算出控制器參數(shù)，使用雙空間矢量調(diào)制，經(jīng)MATLAB仿真模型驗(yàn)證，得到了仿真波形。通過研究加深了我對PMSM矢量控制方法的理解，為之后的研究打下了基礎(chǔ)。（3）介紹了常規(guī)預(yù)測控制算法，并將該算法運(yùn)用到PMSM的矢量控制系統(tǒng)中，建立了TSMC的開關(guān)數(shù)學(xué)模型和PMSM的預(yù)測模型，采用轉(zhuǎn)速PI控制器結(jié)合電流預(yù)測控制，搭建了系統(tǒng)仿真模型，通過程序?qū)崿F(xiàn)預(yù)測控制，得到仿真結(jié)果。（4）研究了基于常規(guī)預(yù)測控制算法的容錯(cuò)控制策略。將該容錯(cuò)策略運(yùn)用到TSMC系統(tǒng)中，建立TSMC的開關(guān)數(shù)學(xué)模型和負(fù)載預(yù)測模型，根據(jù)預(yù)測控制算法實(shí)現(xiàn)了對TSMC整流級單個(gè)開關(guān)管故障時(shí)的容錯(cuò)控制。為了研究TSMC的容錯(cuò)控制策略，本文對基于TSMC的系統(tǒng)進(jìn)行了大量的研究，并初步實(shí)現(xiàn)了TSMC的容錯(cuò)控制，但是研究工作還有一定不足之處亟待完善：（1）TSMC的容錯(cuò)控制策略目前只能應(yīng)用于整流級單個(gè)開關(guān)管故障的情況才能有較好的容錯(cuò)性能，對逆變級開關(guān)管的容錯(cuò)控制還需進(jìn)一步完善。（2）本文介紹的容錯(cuò)控制策略還不能在PMSM控制系統(tǒng)中得到明顯的容錯(cuò)效果，需要進(jìn)行進(jìn)一步研究。參考文獻(xiàn)[1] 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