永磁同步电机新型有限集模型预测速度控制

为了保证传统有限集模型预测速度控制中速度采样频率和控制周期一致,使用预测-校正方法进行反馈速度的测量,并结合卡尔曼滤波器进行负载观测,根据控制周期合理安排速度和负载观测的时序。针对传统有限集模型预测速度控制的稳态误差和较大转矩脉动问题,提出一种比例-积分-微分型代价函数,其中积分项用于消除稳态误差,微分项用于抑制转矩脉动。仿真和实验结果表明,所提出的新型有限集模型预测速度控制方法和传统有限集模型预测速度控制方法相比,在稳态时具有更小的稳态误差和转矩脉动,相电流总谐波失真(THD)从65.35%减小到了21.54%;和传统有限集模型预测电流控制方法相比,在起动、加减速和负载突变时的响应速度均加快了0.2~0.5 s,具有更快的动态响应。

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。

永磁同步电机模糊代价函数预测转矩控制

针对永磁同步电机有限集直接转矩模型预测代价函数中权重系数不易设计的问题,提出了模糊控制调节权重系数的新方法。传统代价函数中权重系数为固定数值时,根据电机的磁链、转矩和d-q轴电流的特点,得到电机磁链与i_(d)、转矩与i_(q)变化的相关性。结合模糊控制理论,给出了转矩预测中转矩和磁链作为控制目标时,权重系数的设计规则。通过定子的d-q轴电流作为模糊控制的输入量调整权重系数,省去了实验逐步调试权重因子的过程。仿真和实验结果表明,与采用常规代价函数和无权重系数的代价函数相比,模糊调节权重系数的代价函数有效地抑制了转矩和磁链脉动,综合稳态误差更小,实现了两个控制目标的合理权衡。

永磁同步电机有限集无参数模型预测控制

针对常规有参数有限集模型预测控制(FCS-MPC)在参数失配时性能下降的问题,提出一种用于永磁同步电机电流预测控制的有限集无参数模型预测控制(NMPC)。NMPC基于局部建模思想,采用集总参数模型进行预测控制,将任何影响稳态误差的因素折合在集总电势中,任何影响电流变化率的因素折合在集总动态电感中,并在线估计更新模型,从而无需任何电机参数实现预测控制。采用包含电流预测误差的代价函数推导了用于两种集总参数在线估计的自适应律。仿真和实验结果表明,集总参数模型预测精度高,在参数和工况未知或时变的情况下,NMPC仍能达到模型精确FCS-MPC的控制性能,证明了方法的有效性。

内置式永磁同步电机无位置传感器自适应集总电动势模型预测控制

有限集模型预测控制(FCS-MPC)在内置式永磁同步电机驱动系统中应用越来越多,但在无位置传感器运行场合仍存在依赖参数、传统位置观测方法不易实现等问题。为此,提出一种无位置传感器自适应集总电动势模型预测控制(SALE-MPC)方案,利用FCS-MPC不使用调制器的离散开关控制产生的固有激励,实现永磁同步电机包括零速在内宽速度范围的位置观测以及初始极性判断。提出的自适应集总电动势预测模型无需电机参数,降低了系统参数敏感性。而FCS-MPC固有激励的利用替代了传统高频信号注入,对基本控制的干扰小,且无需复杂的信号处理和滤波器设计。理论分析和实验结果均证明了该方法的有效性。

永磁同步电机无参数超局部模型预测控制

为了解决永磁同步电机在参数失配时模型预测控制效果不佳的问题,建立了永磁同步电机d-q轴电流的超局部模型,提出了一种的无参数模型预测控制方法。通过对每个控制周期内定子d-q轴电流变化量进行分解,得到受电机运行状态的影响较大的电流的自然响应分量,以及主要与电压矢量相关的强迫响应分量。利用临近控制周期中的电压矢量与电流变化量,单独解耦出电流自然响应分量进行实时计算,以达到快速跟踪的效果。使用递推最小二乘法估算电压矢量对电流的作用参数,从而计算电流的受迫响应分量。以较小的计算量实现了永磁同步电机的无模型预测控制。仿真和实验结果显示,无需预知电机参数即可获得优良的静态和动态性能,整体性能优于存在参数失配的传统模型预测控制,具有广泛的适用范围。

改进虚拟信号注入永磁同步电机MTPA控制

虚拟信号注入最大转矩电流比(MTPA)控制能够自寻优到电机MTPA工作点,相比于传统的公式法受到电机参数变化的影响较小。但传统的虚拟信号注入控制策略需要经过复杂的坐标变换过程,从d-q坐标系转到极坐标系,再由极坐标系转回d-q坐标系进行解算,运算量较大。本文提出一种新的虚拟信号注入方法,可以避免原虚拟信号注入方法所需的复杂的坐标变换过程,简化了运算过程。并且新的虚拟信号注入方法可以避免原虚拟信号注入方法因忽略电磁转矩泰勒展开的高阶偏导项而引入的误差。在不同工况下对电机进行了仿真和实验,验证了所提虚拟信号注入MTPA控制策略的动静态性能。实验结果表明所提方法不影响控制精度,同时可以显著减少程序运算量,具有更好的实用价值。

一种开关频率可控的有限集模型预测控制

有限集模型预测控制(FCS-MPC)在逆变器控制中具有简单直观、响应快速、易于多目标优化等优点,但无调制器的特点造成逆变器开关频率随工作点、系统参数等多种因素变化。为保留FCS-MPC优点的同时解决开关频率不固定的问题,该文提出一种基于自适应代价函数的开关频率控制方法,通过检测开关频率与参考频率的误差,自动调节开关代价权重系数,实现开关频率对参考值的跟随。通过三相永磁同步电机逆变器驱动实验结果表明,所提出方法可以在全工作范围跟踪参考频率,对系统参数变化具有一定的鲁棒性,同时保留了FCS-MPC的优点。

基于PID型代价函数的永磁同步电机模型预测电流控制

有限集模型预测控制(FCS-MPC)存在控制性能依赖于模型参数准确度的问题。为此,在永磁同步电机FCS-MPC电流控制场合,提出一种比例-积分-微分(PID)型代价函数,包括用以消除稳态电流误差的积分误差代价和具有降低电流方均根误差功能的微分误差代价。在PID型代价函数概念中,可将传统的给定跟踪型代价函数归类为比例误差代价。实验结果证明,采用PID型代价函数的FCS-MPC,能在较大参数变化范围将平均控制误差降为零,并抑制电流纹波,降低FCS-MPC对模型参数的依赖性,同时保留FCS-MPC动态响应快的优点。