基于简化控制集的双三相永磁同步电机模型预测磁链控制

针对双三相永磁同步电机传统模型预测转矩控制计算量较大和权重系数整定过程繁琐的问题,提出一种基于简化电压矢量控制集的模型预测磁链控制算法。首先,将对电磁转矩和定子磁链幅值的控制转化为对定子磁链矢量的控制,消除代价函数中定子磁链幅值误差项的权重系数;然后,采用虚拟电压矢量作为控制集,抑制谐波电流,消除代价函数中的谐波磁链误差项;最后,通过判断定子磁链矢量误差的位置简化电压矢量控制集,将每个控制周期待评估的有效电压矢量由12个减少到5个,降低整个算法的计算量。实验结果表明,所提算法能够减小电磁转矩脉动,抑制谐波电流,而且在保持良好的控制性能的同时,可以显著地减少计算时间,具有更好的工程实用价值。

基于改进滑模观测器的无位置传感器AFFSPM电机模型预测磁链控制

为了提高轴向磁场磁通切换永磁(axial field fluxswitching permanent magnet,AFFSPM)电机无位置传感器位置检测精度,同时抑制该电机的转矩和磁链脉动,该文提出一种基于改进滑模观测器(sliding mode observer,SMO)的无位置传感器AFFSPM电机模型预测磁链控制方法。首先,基于传统滑模观测器,设计边界层可随滑模面误差自调节的反正弦饱和函数,削弱系统抖振,改善系统稳态性能;接着,将扩展卡尔曼滤波器及幅值补偿环节代替单一低通滤波器,并通过内嵌二阶广义积分器的软件锁相环估算转子位置角和速度,消除位置角补偿,提高位置观测精确度;最后,将估算的转子位置角和速度反馈到模型预测磁链控制模块,完成无位置传感器控制。该文通过理论推导、仿真与实验研究验证所提出的控制策略可有效提高AFFSPM电机无传感器控制的稳态和动态性能。

永磁同步电机模型预测磁链控制

针对永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)成本函数中权重系数设计繁琐问题,提出一种模型预测磁链控制(MPFC),能够消除成本函数中的权重系数。首先,根据永磁同步电机数学方程建立转矩、磁链及负载角之间数学模型;然后,推导转矩和磁链幅值与定子磁链矢量之间解析关系,将对转矩和定子磁链幅值的控制转化为对定子磁链矢量的控制,从而省略了权重系数的设计过程;最后,在永磁同步电机试验平台上进行算法验证,并与MPTC进行详细对比,结果表明所提出的MPFC能够有效抑制转矩脉动和定子磁链脉动,具有与MPTC最优控制时相当的动静态性能,算法运算量显著降低,验证了所提方法的可行性和有效性。

基于空间矢量调制的感应电机无速度传感器模型预测磁链控制

传统的模型预测控制(MPC)以电磁转矩和定子磁链的幅值为控制变量,在目标函数中需要设计一个权重系数,而目前尚无完善的理论来设计该权重系数,多采用试凑的方法得到,从而限制了MPC在实际工业中的应用。通过解析推导感应电机的内部关系,将定子磁链幅值与转矩的控制转换为对一个等效定子磁链矢量的控制,提出了模型预测磁链控制(MPFC)的解决方案,从而避开了传统MPC中权重系数设计困难的难题,降低了算法复杂度。为提高感应电机控制系统的实用性,将MPFC与速度自适应全阶观测器相结合实现了无速度传感器运行,进一步采用空间矢量调制(SVM)来得到驱动脉冲,提高了电机的稳态性能和低速带载能力。在两电平感应电机仿真与实验平台上进行了验证,结果表明该文提出的感应电机无速度传感器MPFC在宽速范围内具有良好的动静态性能。

基于矢量分区的永磁同步电机三电平双矢量模型预测磁链控制

为改善永磁同步电机(PMSM)三电平供电系统的稳态控制性能,减小计算负担,该文提出一种基于新型矢量分区的PMSM三电平双矢量模型预测磁链控制方法。首先,将电磁转矩和磁链的控制转化为对单一定子磁链矢量的控制,从而消除了传统预测转矩控制中的权重系数。进一步,深入分析了不同扇区内基本电压矢量对系统运行的影响,通过构建虚拟斜率将备选矢量数量减少至1~3个;同时,为降低电机转矩脉动,建立了占空比优化准则进而获得了双非零矢量的控制效果。最后,仿真与实验的验证表明该控制策略的有效性。

轴向磁通切换永磁电机双矢量合成模型预测磁链控制

为了减少轴向磁场磁通切换永磁电机(axial field flux-switching permanent magnet machine,AFFSPMM)的转矩和定子磁链脉动,提出一种磁链矢量跟踪误差最小化的双矢量合成模型预测磁链控制(two-vector synthetic model predictive flux control,TVS-MPFC)方法。首先,为了消除传统模型预测转矩控制(model predictive torque control,MPTC)价值函数中的加权因子,推导TVS-MPFC的等效价值函数;然后,根据无差拍控制估算参考电压矢量;接着,在一个控制周期内,采用双电压矢量的控制方法来提高控制系统的稳定性,其中第一个电压矢量直接选定为有效矢量,而第二个电压矢量在有效矢量和零矢量之间进行选择;最后,根据磁链矢量跟踪误差最小化原理,确定所选电压矢量的占空比。通过仿真和实验验证了所提控制策略的正确性和有效性。结果表明,与传统MPTC和DB-MPFC相比,所提TVS-MPFC改善了AFFSPMM控制系统稳态性能,特别是在低速和超低速运行的工况下效果更明显。

永磁同步电机三电平改进型双矢量模型预测磁链控制

为提高三电平逆变器控制的永磁同步电机系统的稳态性能,提出一种永磁同步电机三电平改进型双矢量模型预测磁链控制方法。首先,通过磁链预测模型来消除传统预测转矩控制中的权重系数。进一步,根据正负小矢量对中点电位作用效果相反来实现中点电位的平衡。同时,通过将无差拍控制目标由参考值更改为测量值,消除了传统零矢量占空比控制中的磁链偏差项,便于工程实现。最后,通过实验验证了该控制策略的有效性。

感应电机三矢量模型预测磁链控制

模型预测磁链控制(MPFC)是最近才被提出来的一种新型控制方法,能够很好地解决传统模型预测转矩控制(MPTC)中权重系数选择困难的问题,因此得到了广泛的关注,但是当整个控制周期中只作用一个电压矢量时,MPFC的稳态性能较差。为了提高MPFC的稳态性能,有一些学者提出了双矢量MPFC的概念。如果在一个控制周期当中作用3个电压矢量,MPFC的稳态性能可以进一步提高,但是也会带来一系列的问题,如:矢量选择复杂、计算量较大及开关频率高等,不利于MPFC在实际当中的应用。为了解决这些问题,本文提出一种简单实用的新型三矢量MPFC,为了降低逆变器的非线性对三矢量MPFC的影响,文中基于伏秒平衡的原理,又提出一种改进型三矢量MPFC。为了比较新型三矢量MPFC的性能,引入基于空间矢量脉宽调制的MPFC(MPFC_SVM)作为对比。最终通过仿真与实验验证了提出的新型三矢量MPFC的有效性,同时也详细地比较了以上三种控制方法在相同开关频率下的控制性能。

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。

永磁同步电机双矢量模型预测磁链控制

针对传统模型预测转矩控制定子磁链和转矩脉动大、计算负担重、权重系数调节繁杂的问题,提出了一种基于定子磁链矢量跟踪误差最小化的双矢量模型预测磁链控制方法。首先,将传统模型预测中定子磁链和转矩误差的价值函数转化为对定子磁链跟踪误差的价值函数,避免了权重系数的整定;接着基于无差拍思想预测出参考电压矢量,减轻了处理器计算负担;然后为进一步改善系统稳定性,引入了双矢量占空比计算方法;最后,基于磁链矢量跟踪误差最小化原理,确定所选电压矢量的持续时间。通过实验验证所提控制策略的正确性与有效性,结果表明相较于传统模型预测转矩控制,所提出的双矢量模型预测磁链控制提高了永磁同步电机控制系统的动、稳态运行性能。

基于开关序列的永磁同步电机模型预测磁链控制

为了消除传统的模型预测转矩控制MPTC(model predictive torque control)算法中的权重因子,减小计算量并提高稳态控制精度,提出了一种基于开关序列的永磁同步电机模型预测磁链控制MPFC-SS(model predictive flux control-switching sequence)算法。首先,通过分析电磁转矩和磁链的关系,将对转矩和定子磁链幅值的控制等效转换为对d、q轴磁链的控制,避免了权重因子的设计。其次,采用定子磁链无差拍预测控制计算所需的参考电压矢量,并根据其所在扇区选择对应开关序列。然后,基于磁链无差拍预测控制原则,计算开关序列中基本矢量的最优作用时间,有效减小电流谐波和转矩脉动,实现定子磁链的准确跟踪。最后,对传统MPTC和所提算法进行了实验对比研究。结果表明:所提算法具有计算量小、电磁转矩脉动小、电流谐波含量低等优点。

永磁同步电机无权值全速域模型预测磁链控制

为消除永磁同步电机模型预测转矩控制价值函数中的权值系数,本文提出了一种全速域永磁同步电机模型预测磁链控制方法。首先,建立了定子磁链与电磁转矩数学模型,将对磁链和转矩的同时控制转化为对定子磁链矢量的控制,从而消除了权重系数。在此基础上,通过q轴磁链无差拍计算占空比,完成双矢量模型预测磁链控制。进一步地,从最大转矩电流比控制以及弱磁控制的基本理论出发,设计了全速域价值函数,实现了内埋式PMSM的全速域控制。最后,仿真和实验结果证明了所提方案在基速以下时转矩脉动较小,并且电机全速域运行时具有较高的动态响应性能。

基于多参数辨识的永磁同步电机磁链预测控制

在永磁同步电机(PMSM)有限集模型预测磁链控制策略(FCS-MPFC)中,磁链给定值计算、实际值获取以及未来值预测都要用到电机参数。受工况和温度的影响,电机参数具有变化性,参数偏差将影响实际预测控制性能。为提高控制系统鲁棒性,需要对电机d、q轴电感和永磁磁链进行在线辨识。鉴于此,该文提出了永磁同步电机多参数辨识方案,并基于此设计了FCS-MPFC策略。首先,依据电机稳态方程,设计了广义比例积分观测器(GPIO)对PMSM的q轴电感和永磁磁链进行辨识。其次,利用FCS-MPFC中电机定子电流变化较大的特征,提出了基于电流变化量的d轴电感辨识方法,克服了多参数辨识的欠秩问题。再次,依据FCS-MPFC策略下逆变器电压输出特性,优化设计了电流采样,有效避免了逆变器死区对辨识效果的影响。最后,针对磁链预测过程,设计了基于GPIO的磁链预测模型,进一步提高磁链预测的参数鲁棒性。该文的分析、设计以及性能提升均得到实验验证。

计及中点电位平衡的PMSM三电平无权值预测磁链控制

针对永磁同步电机(PMSM)三电平模型预测转矩控制(MPTC)中存在中点电压波动、权值整定困难等问题,提出一种计及中点电压平衡的PMSM三电平无权值模型预测磁链控制(MPFC)方法。首先,将MPTC中对电机转矩和定子磁链幅值的控制转化为对定子磁链矢量的控制,从而构建了仅包含定子磁链dq分量的价值函数,消除了传统MPTC价值函数中的权重系数。在此基础上,根据正负冗余小矢量对中点电位作用效果相反的特性,通过有效筛选冗余小矢量,在不引入额外权值系数的前提下有效解决了三电平逆变器中点电压波动的问题。为进一步提高电机稳态性能,通过矢量分区提出了q轴磁链无差拍的占空比MPFC策略。最后,仿真和实验结果验证了所提方案的可行性和优越性。

容错型混合励磁磁通切换电机的模型预测控制

为了提高电机驱动系统的带故障运行性能,实现电机的最小铜耗容错运行,提出一种基于模型预测控制算法的容错型混合励磁磁通切换(FTHEFS)电机容错控制方法。以1台6/13极FTHEFS电机为控制对象,针对电机单相绕组断路故障,基于三相四桥臂逆变器拓扑,分别对模型预测转矩控制和无差拍模型预测磁链控制算法下的最小铜耗容错控制方法进行研究分析,并对所提容错控制方法的可行性和有效性进行验证。研究结果表明:两种控制方法均能使故障前后转矩、转速和定子磁链保持不变,同时降低故障后的电机铜耗,保证系统稳定运行。与模型预测转矩控制相比,无差拍模型预测磁链容错控制能够在降低开关频率的同时减小故障前后的磁链脉动。

改进的永磁同步电机模型预测控制策略

提出一种新的模型预测控制策略,利用固定占空比合成新的电压矢量,在合成的过程中,不再使用零电压矢量,能够有效抑制共模电压;在电压矢量选择方面,进行两步预测,第一步是利用模型预测电流控制(MPCC)原理,进行扇区判断,在离散过程中采用龙格库塔的计算方式;在进行第二步预测时,为避免模型预测转矩控制中权重系数的问题,采用模型预测磁链控制(MPFC)的方法,选择最优电压矢量。仿真结果表明,系统不仅可以保持良好稳态性能,还能够有效抑制共模电压。

双感应电机驱动振动筛的控制同步研究

以振动同步方式作为工作机理的振动筛在社会产生中已不能满足工艺需求,通过引入控制方法来实现零相位差状态,实现增加振幅的目的。根据机械动力学理论将振动筛的运动状态转化为双机驱动振动系统动力学模型,对振动系统实现同步运动的同步性条件和稳定性条件进行推导和分析;整体基于主从控制策略,采用模型预测磁链控制策略设计了单台感应电机的转速控制器,在单神经元PID控制中引入前馈控制,设计了相位控制器来实现两偏心转子零相位差状态;根据动力学模型在Matlab/simulink中搭建仿真模型,通过仿真表明提出的控制策略、方法是有效的,并具有稳定性;将提出的控制方法与其他控制方法进行仿真比较,结果表明该控制方法的同步控制效果更好,快速性更好。

Model predictive flux control of permanent magnet synchronous motor driven by three-level inverter based on fine-division strategy

Aiming at the difficulty of setting the weight coefficient in the value function of model predictive torque control(MPTC)for permanent magnet synchronous motor(PMSM)driven by three-level inverter,a fine-division model predictive flux control(MPFC)method is proposed.First,establish a mathematical model between the motor torque and the stator flux linkage according to the mathematical equations of PMSM.Thus,the control of the motor torque and stator flux linkage in the MPTC is transformed into the control of a single stator flux linkage vector,omitting the cumbersome weight setting process in the traditional MPTC.The midpoint potential control strategy is proposed,which uses the characteristics of redundant small vectors to balance the midpoint potential.After that,a fine-division strategy is proposed,which effectively reduces the number of candidate vectors and the computational burden of the system.Finally,the proposed MPFC is compared with MPTC by simulation.The results show that the proposed fine-division MPFC effectively reduces the system calculation,and has the advantages of simple principle and better dynamic and steady-state control performance.The feasibility of the control strategy is verified.