计及采样扰动抑制的电压源逆变器三矢量无模型预测电流控制方法

针对传统电压源逆变器无模型预测电流控制(model-free predictive current control,MFPCC)方法存在电流纹波大、电流梯度更新停滞以及预测性能易受采样扰动影响的问题。该文提出一种计及采样扰动的三矢量MFPCC方法。在一个控制周期应用3个基本矢量,并根据价值函数计算矢量作用时间,降低了输出电流纹波;其次,通过建立不同矢量作用下的电流梯度方程组,实现电流梯度数据的实时更新,消除了停滞现象;再次,分析采样扰动对MFPCC的影响,采用扩张状态观测器估计采样扰动以补偿预测电流控制,抑制其对输出电流的影响。最后,通过仿真和实验,对所提方法的有效性进行了验证。

基于自适应超螺旋滑模观测器的三相Vienna整流器无模型预测电流控制

三相Vienna整流器具有不需要考虑开关死区、可靠性高等优点,但参数易受外部扰动影响而导致控制性能下降。针对这些问题,该文提出一种基于自适应超螺旋滑模观测器的无模型预测电流控制策略(ASTSMO-MFPCC)。首先,通过分析三相Vienna整流器参数失配数学模型,构建不依赖系统物理参数的超局部模型。其次,设计超螺旋滑模观测器估计超局部模型中的动态部分,有效抑制系统扰动影响。同时,设计自适应增益,动态调整超螺旋滑模观测器参数,解决增益选择难题。最后,构建离散化预测模型和成本函数,实现无模型预测电流控制算法。仿真与实验结果表明,所提策略具有良好的鲁棒性和动稳态性能。

三相PWM整流器离散空间矢量无模型预测电流控制策略

针对PWM整流器模型预测控制对系数参数准确性高度依赖的问题,提出一种基于离散空间矢量的无模型预测电流控制(MFPCC)策略。该策略通过矢量合成,在每个控制周期应用两个基本矢量,提高了预测电流的准确性;通过峰谷采样,分别测量并存储上一控制周期两个基本矢量作用下的电流梯度;并建立电流梯度方程,从而根据应用矢量的电流梯度进一步更新剩余6个未应用矢量的电流梯度,结合当前时刻的电流采样值,实现未来时刻的电流预测,得到下一时刻最优的虚拟矢量。该方法不依赖于任何系统参数,且消除了传统MFPCC策略中电流梯度更新停滞现象,降低了输出电流谐波。最后,通过实验和仿真验证了所提方法的有效性和优越性。

基于改进型扩张状态观测器的永磁同步电机无模型预测电流控制

针对基于扩张状态观测器的永磁同步电机无模型预测电流控制策略在电机电感参数失配时电流控制性能下降、转矩脉动增大的问题,提出一种基于改进型扩张状态观测器的无模型预测电流控制策略。在扩张状态观测器中添加非参数模型电感辨识算法,该算法利用d轴扰动估计值计算得到电机辨识电感,将其反馈到下一时刻扩张状态观测器的电流与扰动估计中,消除电感失配对于传统扩张状态观测器的不利影响。将辨识电感用于无模型预测电流控制的输出电压指令的计算,进一步增强无模型预测电流控制的参数鲁棒性。搭建电机转矩控制系统进行实验,结果表明,该控制策略的参数鲁棒性强,具有良好的电流控制性能,在电机电感失配时能有效减小电机转矩脉动,具备较高的工程应用价值。

基于拓展控制集的PMSM有限控制集无模型预测电流控制策略

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有高效率、高功率密度与高可靠性等优势,已在工业界得到广泛应用。文中针对PMSM驱动系统,提出基于拓展控制集的有限控制集无模型预测电流控制(finite-control-set model-free predictive current control,FCS-MFPCC)。首先,分析PMSM系统的数学模型并详述有限控制集模型预测电流控制(finite-control-set model predictive current control,FCS-MPCC)的原理。其次,介绍基于线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)的传统FCS-MFPCC。针对传统FCS-MFPCC稳态性能不足的问题,采用基于离散空间矢量调制(discrete space vector modulation,DSVM)的控制集拓展方案,将控制集的电压矢量数目拓展至25。然后,为解决拓展控制集带来的高计算量问题,提出一种快速寻优策略,阐述该策略的实施原理与流程。最后,基于一台500 W PMSM实验平台,对比传统FCS-MFPCC与所提FCS-MFPCC的控制性能,验证所提算法的有效性与优越性。实验结果表明,所提算法能够有效提升系统稳态性能,且定子绕组电流总谐波畸变率由10.07%降低至6.48%。

基于单次电流采样的永磁同步电机无模型预测电流控制

传统的模型预测控制根据当前电流采样和电机数学模型来预测下一时刻的定子电流,对两电平逆变器需要进行7次预测才能得到使定子电流误差最小的电压矢量。其主要不足是对系统模型和电机参数的依赖性较强而且计算量大。本文在分析永磁同步电机电流预测模型的基础上,得到一种只需一次预测和比较即可选出最佳矢量的快速预测电流控制。进一步对其进行简化得到了一种不依赖于电机模型和参数的无模型预测电流控制。该方法在一个控制周期内仅需对定子电流进行单次采样,具有计算量小、鲁棒性好等优点并且动静态性能良好。本文从参数敏感性、稳态和动态性能等方面对快速预测电流控制和无模型预测电流控制进行了对比,仿真和实验结果验证了所提方法的有效性和正确性。

三电平逆变器的改进无模型预测电流控制

针对传统模型预测控制对系统模型的依赖性强、鲁棒性差的问题,提出一种应用于三相三电平中性点箝位型(NPC)逆变器的改进无模型预测电流控制方法。该方法利用当前时刻检测的负载电流和上一次计算的电流差分矢量预测下一时刻的输出电流值,其无需任何系统模型参数;通过引入计数因子,及时更新电流差分,并在下一控制周期内应用所选择的使给定代价函数最小的逆变器开关状态,有效地控制负载电流。该算法在一个采样间隔内只需对负载电流进行一次采样,但其运算量大,对系统处理器要求较高。仿真和实验结果表明:所提控制策略具有良好的稳态特性和动态响应速度,且能消除负载参数变化对控制系统稳定性的影响。

电压型PWM整流器无模型预测电流控制

模型预测控制近年来在电压型PWM整流器上得到深入研究，具有原理简单、动态响应快、易于实现等优点，其不足之处是计算量大且需要精确的系统模型和系统参数。通过分析PWM整流器模型，结合预测控制算法与快速矢量选择，得到直接电流控制方法。该方法可通过一次预测计算和比较得到当前时刻使得控制效果最好的一个矢量，简化后得到无模型预测电流控制，其特点是每个控制周期内仅需对电网电流进行一次采样，不依赖于整流器模型和参数。该方法鲁棒性强且动态、稳态性能良好。本文从稳态、动态性能和鲁棒性等方面对直接电流控制和无模型预测电流控制进行了对比，实验结果证明了两种方法的正确性和有效性。

Boost PFC变换器的无模型预测电流控制

升压型功率因数校正(Boost PFC)变换器在中轻载运行时存在电感电流的断续导通模式,采用线性的比例-积分(PI)控制器难以有效地控制平均电感电流,导致输入电流存在较为严重的畸变。为改善输入电流质量,基于变换器统一的超局部模型并结合预测控制思想,建立了无模型预测电流控制器以生成合适的占空比控制信号并提高电流环路的响应速度。该方法在克服控制器对系统参数依赖的同时,有效地提高了变换器在电流连续导通模式和断续导通模式时的电流控制性能,避免了额外的模式识别算法或硬件检测电路。

基于LUT全更新的无模型预测电流控制方法

传统的模型预测控制(MPC)是一种高度依赖于系统参数的控制方法,参数失配会降低其电流控制效果。针对此问题,此处提出了一种基于查找表(LUT)的三相逆变器无模型预测电流控制(MFPCC)方法,仅使用不同时刻采样电流的测量数据,不依赖系统的模型信息,从而减小参数不确定性的影响。该方法将每个电压矢量作用于一个周期引起的不同电流梯度存储于表中,用于电流估计和预测,通过表的全更新避免表中数据的更新停滞带来的影响。构建虚拟矢量,增加有效矢量控制集,有效降低了电流总谐波畸变率(THD)。实验结果验证了所提方法的有效性。该方法促进了新能源的利用以及电能质量的改进。

基于强跟踪扩展卡尔曼观测器的三电平逆变器永磁同步电机无模型预测电流控制

为增强三电平逆变器馈电永磁同步电机驱动系统在模型失配和工况变化下的稳定性和鲁棒性,该文提出一种基于强跟踪扩展卡尔曼观测器的无模型预测电流控制(strong tracking extended Kalman observer based model-free predictive current control,STEKO-MFPCC)策略。首先,分析电机在模型失配工况下的集总扰动,建立系统超局部模型;其次,设计EKO估计超局部模型中非线性部分,同时引入强跟踪滤波策略,快速调整误差协方差矩阵,优化增益矩阵,提升传统扩展卡尔曼算法的动态性能;最后,构建含有中点电位和电流的预测方程,输出令代价函数最小的电压矢量。实验结果表明,相较传统MFPCC,所提方法有效抑制中点电位波动,提升电机转速响应速度,改善输出电流质量,在参数扰动工况下增强系统鲁棒性和抗扰动能力。

基于双矢量的并网逆变器无模型预测电流控制策略

为消除并网逆变器模型预测控制对系统参数的依赖,该文提出一种基于双矢量的并网逆变器无模型预测电流控制(MFPCC)策略。该策略通过计算和存储上一时刻双矢量作用下的电流梯度,更新剩余6个未使用矢量的电流梯度,并结合当前时刻的电流采样值,实现未来时刻的电流预测;进一步利用电流预测的价值函数选取合适的电流梯度及其作用时间,从而得到下一时刻最优的电压矢量。该方法不依赖于任何系统参数、计算量小,且消除了传统MFPCC策略中电流梯度更新停滞现象,降低了输出电流谐波。最后,通过仿真和实验验证了所提方法的有效性和优越性。

LC滤波型三电平NPC逆变器无模型预测电流控制

传统三电平中点箝位型(NPC)逆变器预测控制系统性能依赖模型精度,当受到外部扰动时,容易出现参数失配导致控制性能下降。针对该问题,此处提出一种基于线性扩张状态观测器(LESO)的无模型预测电流控制(MFPCC)方法。首先,建立超局部模型代替原有数学模型,降低系统物理参数依赖;其次,设计LESO实时估计超局部模型的未知扰动部分,增强控制系统鲁棒性;再次,采用多步预测和参考信号拉格朗日外推法对系统延时问题进行补偿,提升系统稳态性能。最后,实验结果验证了所提策略的有效性。

基于扩张状态观测器的移相全桥变换器无模型预测电流控制

针对移相全桥变换器易受到外部扰动导致控制性能下降的问题,提出一种基于扩张状态观测器的移相全桥变换器无模型预测电流控制策略(ESO-MFPCC)。建立变换器不依赖系统参数的超局部模型,替代原有复杂精确模型;设计扩张状态观测器估计超局部模型中的干扰部分,引入占空比补偿环节,削弱换流过程中产生的固有占空比丢失影响,提升系统的控制精度;离散化系统预测模型,结合无差拍控制策略,输出最优等效占空比。实验结果表明,该控制策略具有良好的鲁棒性和动态性能。

基于二阶超局部模型的永磁同步电机两步无模型预测电流控制

【目的】为解决永磁同步电机(PMSM)模型预测电流控制(MPCC)参数依赖性强的问题,建立PMSM单步和两步无模型预测电流控制(MFPCC)系统。【方法】基于超局部模型实现PMSM单步和两步MFPCC,采用微分代数法确定一阶和二阶超局部模型中未知部分的估计值,分析超局部模型的窗口序列长度对控制性能的影响及参数变化下基于超局部模型的PMSM单步和两步MFPCC的参数鲁棒性,并进行实时性试验验证。【结果】仿真与实时性试验结果表明:一阶超局部模型的窗口序列长度对控制性能影响较大,随着窗口序列长度的增大,控制性能提升,并趋于饱和。二阶超局部模型的窗口序列长度对性能影响较小。参数变化下,基于超局部模型的PMSM单步和两步MFPCC具有较好的参数鲁棒性。随着窗口序列长度的增大,超局部模型计算耗时轻微增大,但对整体实时性影响较小。【结论】基于超局部模型的PMSM单步和两步MFPCC可行,参数鲁棒性强。基于超局部模型的单步MFPCC和传统单步MPCC的实时性基本相当。基于超局部模型的两步MFPCC的实时性略优于传统两步MPCC。

基于非线性扰动补偿的超局部无模型永磁同步电机电流预测控制

在电机运转过程中,电机参数会发生变化,产生参数漂移,同时电机会受到内外部未知扰动,导致控制性能下降,抗干扰性和鲁棒性较差。为解决这些问题,提出非线性扰动补偿的超局部无模型电流预测控制方法。只利用电流环的输入和输出,建立超局部无模型电流预测控制模型,不涉及任何电机参数,解决了因参数变化导致的模型失配问题。针对系统总扰动,建立非线性扰动补偿模型,能够较为准确和稳定地估计系统总扰动,并进行前馈补偿,实时更新控制信息,仅需调节两个控制参数。为防止产生较大的电流,建立电流限幅控制,提高电机控制性能。仿真和实验结果表明,提出的控制方法对于参数变化和外部扰动,具有较强的鲁棒性、抗干扰能力,能够实现较快的动态响应,减小电流纹波,降低电流静差,获得较优的电流环动静态性能;抑制转速脉动和超调量,稳定跟踪额定转速,有利于电机的平稳运行。

基于扩张状态观测器的PMSM三电平无模型预测控制

针对传统永磁同步电机三电平控制策略由于参数变化导致系统性能下降的问题,提出一种基于扩张状态观测器的无模型预测电流控制方法来增强系统的鲁棒性。首先,建立系统超局部模型实现未来电流状态的预测,其中不涉及任何电机参数,解决了参数变化影响系统性能的问题;接着,针对系统总扰动,设计d、q轴扩张状态观测器估计超局部模型中的非线性部分;然后,通过价值函数筛选出最优电压矢量,并利用小矢量的冗余特性实现中点电位平衡控制;最后,在DSP实验平台上进行传统三电平模型预测电流控制、无模型预测电流控制及所提出方法的对比实验,实验结果表明所提出方法具有较好的动稳态性能并且有效提高了三电平驱动系统的抗扰动能力。

一种新型同步磁阻电机预测电流控制策略

同步磁阻电机(SynRM)运行工况复杂多变,不同频率、电流下电感磁饱和温升等因素会引起电机参数大幅变化,严重影响电机模型的准确性。无模型预测电流控制(MFPCC)本质上对系统内外扰动具有鲁棒性,能实现SynRM的高性能控制。传统的MFPCC方法存在电流差分更新停滞和稳态性能不理想的缺点,对此提出一种新型MFPCC方法,扩展有限状态集获得精确的电压矢量,利用过去的电流采样信息在线估计系统输入增益和不确定项来及时更新查找表(LUT)。与传统的MFPCC方法进行了对比,仿真和实验结果验证了该方法可有效解决电流更新迟滞问题,并在全速范围内具有良好的动静态性能。