基于SVM的最优占空比模型预测电流控制

占空比模型预测电流控制中,由于占空比和电压矢量分开优化,不能保证最终作用的电压矢量是全局最优。通过分析电压矢量的选择过程,提出一种基于空间矢量调制(SVM)的最优占空比模型预测电流控制方法。该方法预先计算每个电压矢量的占空比,然后利用价值函数同时优化出电压矢量及其占空比,可保证最终作用的电压矢量全局最优,并且采用SVM合成电压矢量,确保了开关频率恒定。实验结果表明:所提出方法有效地减小了电流波动。

基于最优占空比原则的脉频调制策略的应用

传统的开关器件脉频调制(Pulse Frequency Modulation,PFM)控制方法,存在开关频率高、频率不固定且稳定性能不好的缺点,使得它在APF的应用中增加了滤波器的设计难度。为此提出了以最优占空比为原则的改进脉频调制方法。该方法通过最小二乘法获得最优占空比,并依此合理选择控制参数,且在控制器中,引入电网及补偿电压的实时特性,参与开关器件的导通时间、关断时间及滞环环宽的控制,从而实现定频、降损、提高控制精度及动态性能。通过对PFM的传统与改进控制策略的仿真与实验,验证了所提方法的有效性,且该方法易于控制电路的设计。

基于最优占空比的风力发电机MPPT方法研究

针对目前已有的最大功率跟踪(MPPT)控制方法的不足,为提高风力发电的最大风能利用效率,根据风力发电机和boost变换器的输出特性,在变风速条件下,通过给定最佳机械转矩,直接计算最优占空比,控制风机电磁转矩,实现最大功率追踪控制。针对GP-300和FD-5型直驱式永磁风力发电机,进行功率跟踪控制仿真实验,实验结果表明所提出方法的有效性和可靠性,并具有良好的工程应用前景。

双三相煤机驱动系统最优占空比预测控制

针对双三相煤机驱动系统维度增多造成的PWM调制复杂性突增问题,提出了一种双三相煤机驱动系统模型预测控制(MPC)方法。工业现场测试结果表明,DCO-MPC方法下系统动态、稳态性能与传统MPC类似,但其开关频率固定可调且电流脉动问题得到优化。

永磁轮毂电机最优磁链矢量无权重价值函数模型预测转矩控制

永磁轮毂电机的外转子通常与轮辋轮胎直接相联结,相比内转子永磁驱动电机,转动惯量较大,其速度响应明显滞后负载变化。因此,复杂运行工况下,永磁轮毂电机驱动系统转速不稳定,电动车辆行走路径易出现偏移。为解决轮毂驱动下电动车辆的这一固有技术难题,提出一种磁链为唯一约束条件的无权重价值函数模型预测转矩控制(model predictive torque control,MPTC)策略,可实现复杂多变动态工况下电动车辆稳定运行的工作需求。所提价值函数将转矩、定子磁链幅值约束统一为定子磁链矢量的优化,消除了权重系数的整定,提高了复杂运行工况下轮毂电机的反应速度。同时,引入有效电压矢量与零电压矢量切换瞬间的定子磁链,以此为评估依据选择最优电压矢量,可降低转矩与定子磁链脉动,从而提高轮毂电机转速控制精度。实验验证了控制方法的正确性和有效性。

基于SSA优化的永磁同步电机级联模型预测控制研究

针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor)使用传统PI控制鲁棒性差和动态响应慢,以及传统有限集电流预测控制方法控制稳定性差和电流脉动较大的问题,提出了基于麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)优化的级联模型预测控制方法。首先,将速度外环采用模型预测速度控制器,利用麻雀搜索算法来在线整定控制器参数,该方法可以快速找到最优的控制器参数,使其更加准确地控制电机运转;其次,电流内环采用最优占空比模型预测电流控制器,使得电流脉动减小;最后,通过仿真对比实验结果表明所提出的控制方法显著地降低了超调量,快速响应性能更好、抗干扰能力更优,同时可以有效抑制电流脉动,证明了所提方法的合理性和有效性。

考虑输入占空比和随机性的M-IVC缓解电路老化

针对现有多输入向量控制(M-IVC)缓解负偏置温度不稳定性(NBTI)引起的电路老化的方法仅考虑到输入信号占空比约束的问题,提出一种同时优化输入信号占空比和随机性的M-IVC方法.首先采用遗传算法求解出电路的最优输入占空比;然后在最优占空比约束下产生具有随机性的各输入信号波形;最后构成多输入控制向量,依次应用到待机模式下电路的输入.采用相同的晶体管工艺模型和ISCAS85基准电路的实验结果表明,与现有M-IVC方法相比,文中方法能更好地缓解电路NBTI老化;可降低电路平均老化时延增量,分别达到45.9%和32.7%;而且随着电路待机时间的增加,该方法的抗老化效果变得越好.

射频能量捕获无线传感网中占空比最佳的能量源布置方法

无线射频能量传输技术在为下一代无线传感器网络供能方面具有广阔的应用前景。射频能量捕获无线传感网由于能量捕获速率非常有限,通常工作在极低的占空比模式下。因此这类无线传感器网络的一个基本问题就是如何配置给定数量的射频能量源(Energy Transmitters,ETs),从而最大化最糟糕(即具有最低能量捕获速率)节点的能量捕获速率,即最大化其占空比。首先对能量源最优化布置问题建模,为深入了解该问题提供理论基础;然后分别提出了贪婪式ETs布置方法和基于粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)的ETs布置方法。仿真结果显示,相较于均匀布置方法,所提出的两种能量源布置方法能够极大地提高全网最低占空比。

基于模型预测控制的高频隔离型混合配电变压器

配电台区新型源/荷占比逐年提升,使得高/低电压、谐波放大、三相不平衡等配电终端电能质量问题凸显。提出一种基于模型预测控制的高频隔离型混合配电变压器,具备电能质量综合治理、交/直流混合配电等功能,可以满足配电终端用户高品质供用电以及新型源/荷友好接入需求。介绍了高频隔离型混合配电变压器的拓扑结构并推导了数学模型。结合拓扑结构特点,设计了连续控制集模型预测控制(CCS-MPC)策略和延时模型预测控制策略,CCS-MPC通过计算最优化占空比,实现前端变换器输出具有固定的开关频率和开关序列,减小寻优计算量。利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建了一套10 kV/0.4 kV电压等级的高频隔离型混合配电变压器系统,验证了所提拓扑结构电能质量综合治理能力的有效性。

基于多信道预约的传感器网络MAC协议研究

针对传感器网络中三重隐终端问题,提出了一种基于自适应占空比的多信道MAC协议—MCR,MCR通过多信道预约机制高效地解决了该问题。在理论分析中,通过最小化节点平均信道切换次数的下界得出了节点的最优占空比。为验证MCR中多信道预约和自适应占空比机制的性能,进行了模拟和真实实验,实验结果表明,与其他MAC协议相比,随着信道数及网络负载的增加,MCR提高了网络吞吐量,降低了传输所消耗的能量。

基于模型预测的T型并网变换器功率控制

有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)以代价函数最优为目标,遍历计算输出单一最优电压矢量,存在开关频率不固定且并网电流性能依赖较高的采样频率等缺陷。此处提出一种新型的模型预测直接功率控制方法,该方法通过直接计算出整流器开关电压矢量的最优序列作用时间,实现了传统FCS-MPC与空间电压矢量调制方案的有机结合,并应用于三电平并网T型变换器的控制中。为验证所提控制方案的有效性,构建了一台满额功率为6.5 kW的三相三电平T型变换器仿真与测试模型,给出了详细的理论分析与设计方案,仿真与实验结果表明,该方案有效减小了传统模型预测算法并网电流畸变,保证了固定开关频率控制,同时具有良好的稳态和动态性能。

永磁同步电机改进型模型预测磁链控制

为了消除永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)代价函数中的权重系数并减少控制算法的计算量,优化传统MPTC方法,提出了一种基于广义基本电压矢量的改进型模型预测磁链控制策略。该策略依据电磁转矩、参考定子磁链幅值和转子磁链信息构造参考定子磁链矢量,根据参考电压矢量位置信息进一步对广义基本电压矢量进行筛选且实现最优占空比控制,利用定子磁链矢量误差选择最优电压矢量。仿真与实验结果表明,该策略可改善PMSM的转矩脉动,验证了所提方法的可行性与有效性。

Boost结构太阳能收集电路的MPPT控制方法研究

针对太阳能收集电路的收集效率和可实现性问题,提出一种Boost结构太阳能收集电路的MPPT控制方法。利用Boost电路PWM工作时的升压作用将光伏电池生成的电能强制性储存于大容量电容中,为光伏电池生成电能的最大化收集提供实现可能。通过实时检测光伏电池等效状态和收集电路等效负载确定Boost电路的MPPT控制脉冲最优占空比,迫使收集电路实时工作在光伏电池的MPPT工作点附近,尽可能达到提高太阳能电收集效率的目的。通过分析收集电路工作过程,给出了光伏电池等效状态和收集电路等效负载的实时检测方法以及MPPT控制脉冲最优占空比的确定方法。理论分析和实验结果表明,该控制方法下的Boost结构太阳能收集电路的收集效率高、实现容易。

电动汽车动态无线电能恒功率充电

电动汽车充电时,且电池电量低于80%时,为了保证充电效率一般采用恒功率充电。在动态无线电能传输系统中,电动汽车的不断移动会导致发射线圈和接受线圈的互感系数变化,致使电动汽车充电不稳定。为实现恒功率充电,提出了一种基于模型预测控制(MPC)的动态无线电能传输系统(DWPT)恒功率输出的控制方法。通过对系统建立数学模型,对输出功率进行模型预测,建立最小化目标函数来获得期望输出功率所对应的最优占空比,使输出功率恒定。进行了模型预测控制的动态无线电能传输系统Simulink仿真,通过对比不同线圈互感系数下的输出功率,验证了该方法的可行性,并且通过搭建实物测得的数据也证实了该方法的可行性。

一种新颖的光伏电池最大功率点跟踪方法

针对扰动观察法跟踪光伏电池最大功率点时,存在跟踪速度较慢和功率振荡等问题,在此提出一种新颖的最大功率点跟踪(MPPT)方法。对外界环境进行实时判断,若判断外界环境变化较大,以较短定时时间间隔连续进行变步长跟踪搜索,确保快速达到最大功率点;若判断外界环境变化较小,维持较长定时时间的最优定占空比控制,有效避免了持续扰动引起的功率损失。搭建了以TMS320LF2407A DSP为核心的硬件平台,通过仿真和实验验证了该方法的正确性和有效性。