间接矩阵变换器-多永磁电机系统协同运行控制

The indirect matrix converter is integrated into multi-permanent magnet motor system in this project because of advantages of high integration and efficiency. In the progress of the project, the coupling mechanism between the tracking error and synchronous error will be analyzed, on this basis, a relative coupling scheme featuring decoupling control structure will be proposed to improve the overall performance of multi-motor segmental drive. Meanwhile, the generating mechanism of gird-link current harmonics under coordinated operation will be dissected, leading to a low-distortion current modulation strategy based on a novel indicator for quantifying harmonics. Finally, centering on multi-motor system's sustained operation withstanding a tumble of the grid voltage, the project established an integrated mechanism regulating multi-motor system's kinetic energy, magnetic field energy and electric field energy, introducing a new way for indirect matrix converter-fed multi-permanent magnet motor system to sustain operation in the face of a low grid voltage. Research results of this project will improve the control theory regarding indirect matrix converter-fed multi-permanent magnet motor system’s coordinated operation, filling in the blanks in the field of multi-motor control.

本项目以间接矩阵变换器-多永磁电机系统为研究对象，通过分析系统跟踪误差与同步误差的耦合机理，提出解耦控制结构的偏差耦合协同运行方案，提升多电机分部传动的综合运行性能；剖析协同运行下的网侧电流谐波产生机理，提出基于谐波量化表征新指标的低畸变率电流调制策略；围绕电网电压跌落下多电机持续运行需求，建立多电机系统动能、磁场能与电场能的综合调控机制，开辟间接矩阵变换器-多永磁电机系统低电压持续运行的新途径。研究成果将有利于完善间接矩阵变换器-多永磁电机系统的协同运行控制理论，填补多电机控制领域的研究空白。

本项目围绕间接矩阵变换器-多永磁电机系统面临的互异负载下快速协同控制、电流谐波抑制、低电压持续运行问题开展了深入的研究工作，完成了研究目标。取得的创新性成果如下：构建了间接矩阵变换器-多永磁电机系统统一数学模型，阐明了参数差异、外部扰动等因素对多永磁电机系统协同性能与跟踪性能的影响机理，提出双永磁电机抗扰动转速同步偏差耦合控制策略、转矩同步系统模型预测控制策略、以及多轴运动系统预测轮廓控制策略，在同步误差与跟踪误差交叉耦合-超前同步补偿机制、预测控制价值函数自适应匹配工作状态整定权重系数、高性能瞬态轮廓跟踪控制策略上取得突破，为间接矩阵变换器-多永磁电机系统协同性能与跟踪性能的双提升提供了新路径；提出多重傅里叶级数矩阵变换器电压谐波量化表征方法和输出电流纹波计算方法，揭示了矩阵变换器电压、电流谐波分布规律；以开关频率、开关切换点、零矢量分布位置作为自由度，分别构建了变开关频率脉宽调制新方法、变开关点模型预测电流控制新策略和基于脉冲重心法的输入电流谐波抑制策略等，有效提高了系统输入、输出电流波形质量；提出间接矩阵变换器-多永磁电机系统低电压运行辅助电路设计方法，构建系统中动能、磁场能和电场能的综合利用与调控机制，提出基于箝位电容电压控制的间接矩阵变换器-永磁电机系统低电压穿越运行控制策略，提升系统低电压穿越能力，实现了电网电压跌落下电机的持续运行。项目执行过程中，发表SCI/EI收录论文共17篇，其中SCI收录期刊论文9篇；申请国家发明专利6项，其中获授权发明专利4项，培养博、硕士研究生11人。