一类LCL滤波的高速永磁同步电机高动态协同控制方法研究

高速永磁同步电机是鼓风机、压缩机和储能飞轮等"绿色"高速动力机械的核心驱动机构。在电机逆变器输出端加入滤波器能有效抑制高速电机转矩脉动和EMI，减小PWM产生的附加铁耗。但LCL滤波无阻尼时存在谐振，并且电机几万转高转速运行时的强非线性和多源扰动会严重影响转矩、转速的动态跟踪能力。本项目立足于LCL滤波的高速永磁电机系统非线性模型的阻尼和动态特性机理分析，采用理论结合试验分析的方法，研究系统在无阻尼、强非线性、参数不确定性、未建模动态及多源扰动综合作用下的参数高精度在线辨识和高动态强鲁棒协同控制方法：分析LCL滤波的高速永磁同步电机物理系统的非线性映射关系，研究LCL滤波器参数的多目标优化设计方法和主动阻尼控制方法，在线辨识定子电阻、电感和转子永磁体磁链提高无位置控制的鲁棒性，研究高动态响应强鲁棒协同控制方法，并进行综合试验，验证有效性和可行性，为在高速动力机械中的应用提供必要的理论基础。

本项目围绕我国节能高速动力机械对高速电机高效率、高性能驱动的迫切需求，从LCL滤波的高速永磁电机系统非线性模型的阻尼和动态特性机理分析入手，基于多目标优化的LCL滤波器参数设计方法研究和主动阻尼控制方法研究，针对高速永磁电机系统滤波器优化设计的多个目标可能冲突的问题，分析、研究、归纳了LCL输出滤波器的设计原则和优化目标函数，采用理论结合试验分析的方法，建立了滤波参数与谐振频率相互之间的映射关系；分析了高速永磁电机变频器中LCL滤波电容与空载高速永磁电机自激振荡的机理, 分析了影响自激电压幅值的因素，建立了LCL滤波器参数与系统动态、稳态性能指标之间的映射关系和具有一般性的LCL滤波器的多目标优化设计方法，为更好地设计系统中滤波器的参数提供了理论依据。针对LCL滤波器的谐振问题，研究了基于分裂电容电压反馈的主动阻尼补偿控制方法，消除整个调速范围内LCL滤波器谐振。基于参数辨识在线辨识和高动态强鲁棒协同控制方法，分析了LCL滤波的高速永磁电机系统非线性模型的阻尼和动态特性机理，采用理论结合试验分析的方法，获取了LCL滤波器参数与高速永磁同步电机转子角位置间的映射关系和定子绕组参数变化对转子角位置检测精度的影响，建立了基于LCL滤波的同步旋转坐标系下无位置传感器转子角位置检测模型，研究了基于参数在线辨识与直接反电动势检测相结合面装式高速永磁同步电机无位置传感器控制方法，研究了LCL滤波的高速永磁同步电机系统在无阻尼、强非线性、参数不确定性、未建模动态及多源扰动综合作用下的高动态强鲁棒协同控制方法，根据高速永磁同步电动机本身特性建立的协同控制策略获得了优良的转矩和转速的动态响应性能。并进行了综合试验，验证有效性和可行性。.本项目首次提出基于LCL滤波的无位置传感器高速永磁同步电机高动态协同控制方法，解决了高速永磁同步电机低转矩脉动、低EMI、高效率、高动态驱动控制问题。提出与高速永磁同步电机性能指标结合的LCL滤波器参数多目标优化设计方法，建立了滤波器参数与高速永磁同步电机控制系统稳定性和动态响应性能之间的映射关系，解决了LCL滤波器参数的综合优化设计问题。针对系统参数摄动问题，提出了LCL滤波的高速永磁同步电机高动态强鲁棒协同控制方法，解决了协同控制方法对参数摄动的敏感性问题，提高了系统的鲁棒性。实现了对外界扰动及内部摄动极为敏感的多变量、非线性、强耦合高速永磁同步电