Simplified Model Predictive Current Control for Dual Three-phase PMSM with Low Computation Burden and Switching Frequency

Finite-control-set model predictive control(FCSMPC)has advantages of multi-objective optimization and easy implementation.To reduce the computational burden and switching frequency,this article proposed a simplified MPC for dual three-phase permanent magnet synchronous motor(DTPPMSM).The novelty of this method is the decomposition of prediction function and the switching optimization algorithm.Based on the decomposition of prediction function,the current increment vector is obtained,which is employed to select the optimal voltage vector and calculate the duty cycle.Then,the computation burden can be reduced and the current tracking performance can be maintained.Additionally,the switching optimization algorithm was proposed to optimize the voltage vector action sequence,which results in lower switching frequency.Hence,this control strategy can not only reduce the computation burden and switching frequency,but also maintain the steady-state and dynamic performance.The simulation and experimental results are presented to verify the feasibility of the proposed strategy.

Sensorless Vector Control of Parallel-Connected Multiple Induction Motors Fed by a Single Inverter

A method of improving the stability of multiple-motor drive system fed by a 3-leg single inverter has been devised that employs the averages and differences of estimated parameters for field-oriented control. The parameters of each motor (stator current, rotor flux, and speed) are estimated using adaptive rotor flux observers to achieve sensorless control. The validity and effective of the proposed method have been demonstrated through simulations and experiments.

Vector Control of the Single-Phase Inverter Based on the Extended and Virtual Circuits

A vector control based on the extended equivalent circuit and virtual circuits is proposed for the single-phase inverter.By the extended circuit,the other two phase voltages can be extended by the output voltage of the single-phase inverter so as to construct the voltage vector.The voltage outer-loop is to control the voltage vector in dq coordinate system,and the output voltage can track the target value without deviation in steady state.By designing the virtual circuit,the voltage inner-loop can achieve approximate decoupling and improve the dynamic response under the changeable load.Compared with the traditional dual closed-loop control,the proposed dual closed-loop control scheme only needs to detect and control the voltage without the current.It not only can achieve good control effect,but also reduce the complexity of the hardware.Finally,the simulation and experimental results show that the single-phase inverter has good static and dynamic characteristics regardless of stable load or changeable load.

结温导向的牵引变流器寿命优化控制

结温是影响绝缘栅双极型晶体管(IGBT)寿命的主要因素。为了提高地铁两电平牵引变流器寿命,提出一种降低结温的异步牵引电机双矢量模型预测转矩控制(DVMPTC)策略。将传统DVMPTC的第二个电压矢量选择范围缩小在与第一个电压矢量不切换或仅切换一次的范围,降低IGBT开关损耗的同时减小系统计算量;在代价函数中约束IGBT及其反并联二极管的损耗,动态加入损耗因子,并赋予权重系数,使得最优矢量的选择兼顾控制性能与降低损耗。通过仿真分析,本文所提方法相较于传统基于分段调制算法的直接转矩控制策略,降低了结温及其波动,提高了牵引变流器寿命。

小偏差永磁同步电机双矢量模型预测控制

传统的永磁同步电机双矢量模型预测控制的合成电压矢量与参考电压矢量的偏差较大,且存在计算量大、开关频率高的缺点,在实际工况中难以实现良好的控制性能。为了解决上述问题,提出一种小偏差永磁同步电机双矢量模型预测控制策略,通过分析参考电压矢量的变化规律,构造新的电压矢量选择表,将电压矢量的选择范围从六个降为三个,减小计算量的同时也降低了开关频率;针对传统的作用时间计算方法存在的问题,提出基于偏差最小原则的作用时间计算方法,并详细证明了该方法的优越性。仿真和实验结果显示,所提出的方法能够有效减小计算量和降低开关频率,同时具有较好的稳态和动态性能。

一种改进的双三相永磁同步电机无价值函数模型预测转矩控制

针对双三相永磁同步电机(DTP-PMSM)传统模型预测转矩控制策略转矩性能较差的问题,提出了一种基于虚拟电压矢量的无价值函数模型预测转矩控制策略。首先,对矢量空间解耦(VSD)的数学建模方法进行研究,建立了基于VSD的DTP-PMSM数学模型;其次,构建了一组12个无需矢量替换的虚拟电压矢量,通过无差拍直接转矩和磁链控制预测出参考矢量的角度位置和幅值信息,并筛选出最优虚拟矢量,该方法避免了虚拟电压矢量的遍历寻优从而大幅减小计算负担;同时,通过一种简化的矢量幅值调整方法使该最优虚拟矢量的幅值大小无限逼近参考矢量幅值大小,有效降低转矩脉动;最后,搭建了试验测试平台,将所提策略与传统策略进行对比。结果表明,所提策略有效减小了谐波电流和转矩脉动。

基于改进LADRC的矢量推力双旋翼飞行器姿态控制

针对矢量推力双旋翼无人机姿态控制过程中存在强耦合、模型不精确的问题,提出了一种改进型的线性自抗扰姿态控制(linear active disturbance rejection controller,LADRC)方法。该方法利用改进线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)提高对总扰动的实时观测精度,根据姿态角的误差及其变化率引入模糊控制思想对线性状态误差反馈控制律进行在线参数整定,最后以矢量推力双旋翼飞行器为研究对象,对比PID和常规LADRC对外界扰动的抗扰效果,仿真试验验证了该方法能够较好估计补偿系统的总扰动,具有更好的抗扰性能和收敛速度。

计及转矩储备的车用双转子电机转矩控制策略

针对电机定子电流变化率受到定子绕组电感的制约,进而影响电机转矩的快速变化的问题,提出了一种计及转矩储备的车用双转子电机转矩控制策略。首先,推导了双转子电机的数学模型,分析了转矩空间变化率的基本表达式及其与矩角特性之间的关系;其次,基于永磁电机的矩角特性,制定了计及转矩储备的电流控制策略,即在转矩快速变化之前预先加载定子电流,使得转矩快速变化阶段可保持定子电流恒定,以便通过转子的旋转带动转矩角的变化来实现转矩的快速输出;最后,搭建了转矩储备控制策略的仿真模型和实验台架,通过仿真和实验验证了所提出控制策略的正确性与可行性。

A Computational Study of Thrust Vectoring Control Using Dual Throat Nozzle

Dual throat nozzle (DTN) is fast becoming a popular technique for thrust vectoring. The DTN is designed with two throats, an upstream minimum and a downstream minimum at the nozzle exit, with a cavity in between the upstream throat and exit. In the present study, a computational work has been carried out to analyze the performance of a dual throat nozzle at various mass flow rates of secondary flow and nozzle pressure ratios (NPR). Two-dimensional, steady, compressible Navier-Stokes equations were solved using a fully implicit finite volume scheme. The present computational results were validated with available experimental data. Based on the present results, the control effectiveness of thrust-vectoring is discussed in terms of the thrust coefficient and the coefficient of discharge.

基于滑模扰动观测器的永磁同步电机模型预测电流控制

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)单矢量模型预测电流控制(model predictive current control,MPCC)中,存在电流具有较大波动、稳态性能较差、依赖模型参数且抗扰能力不足的问题。针对这些问题,研究了双矢量模型预测电流控制(TV-MPCC)算法,该算法在一个采样周期内进行2次电压矢量选择。同时,设计了一种基于改进趋近率(SMRL)的滑模扰动观测器(SMO),滑模增益采用分段式函数来实现。通过仿真实验,验证了所提出的TV-MPCC算法和SMO的有效性。与传统的MPCC相比,TV-MPCC可以显著降低电流的波动,并提高系统的鲁棒性。同时,SMO的引入使得系统能够更好地观测和补偿扰动,进一步提高了系统的稳态性能。本研究表明,双矢量模型预测电流控制结合滑模扰动观测器的方法在提高PMSM的鲁棒性能方面具有较好的效果。

基于模糊算法的双三相PMSM无传感器控制

针对现有高速情况下双三相永磁同步电机无传感器控制精度低,增益值固定的问题,提出一种提高精度同时可变换增益值的基于模糊离散型超螺旋滑模观测器。首先,对双三相永磁同步电机的数学模型与电流方程进行分析;其次,结合电流方程与超螺旋算法构建超螺旋滑模观测器并利用反向差分离散法进行离散化,同时加入模糊控制得到变换增益值,解决了超螺旋滑模观测器受固定增益值限制无法兼具收敛速度快和观测误差小的问题;最后,在MATLAB环境下搭建了仿真模型对所提算法进行验证,仿真结果表明了新型观测器精度高的同时也能够改变增益值从而快速收敛。

不平衡电压下双笼转子无刷双馈发电机的多目标控制

该文以双笼转子无刷双馈感应发电机为主要研究对象。为了解决不平衡电网电压带来的功率绕组(power winding,PW)定子绕组功率脉动和电流不平衡的问题,设计了简化矢量控制策略,对PW侧谐波功率和负序电流进行抑制。此外,通过建立控制绕组(control winding,CW)电流统一表达式,对各个控制目标之间的关系进行了数学推导和理论分析。在此基础上,建立了PW电流不平衡度约束条件下,针对PW有功功率脉动幅值和无功功率脉动幅值的多目标控制数学模型。并采用粒子群算法进行求解,对CW统一电流表达式中的系数进行优化,计算CW参考电流值从而实现多目标控制。最后在双笼转子无刷双馈感应发电机实验平台上,对所提出的控制策略的有效性和理论推导的正确性进行了验证。

基于矢量控制技术的伺服驱动系统

针对伺服驱动系统精度低、动态响应慢、稳定性差等问题,对双绕组永磁同步电机的矢量控制技术进行了深入的研究。优化和改进控制策略、系统硬件和软件程序。提出新的解决方案,设计伺服驱动系统。搭建试验平台,对系统进行功能和性能测试。实验结果表明:系统响应速度快、稳定性强,电机的控制精度和抗干扰能力也得到了明显提高,满足系统设计需求。

价值函数级联的PMSM双矢量模型预测转矩控制

针对永磁同步电机有限集模型预测转矩控制(FCS-MPTC)存在的权重因子难以确定,电磁转矩和磁链波动较大的问题,提出了一种价值函数级联的双矢量模型预测转矩控制策略。首先,根据基本电压矢量对电磁转矩的作用效果,将电压矢量分为两类,并设计了一种新的双矢量组合规则;其次,为了保证所选的双矢量组合在控制过程中能有效抑制转矩和磁链的波动,将其波动程度纳入到价值函数的寻优计算中,并通过构建级联结构消除转矩与磁链之间的权重因子;最后,在MATLAB/Simulink中搭建模型进行仿真,仿真结果表明所提控制策略在无权重因子参与的情况下能有效降低电磁转矩和磁链的波动。

内置式永磁同步电机的MTPA模型预测控制

提出一种内置式永磁同步电机(InteriorPermanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM)的最大转矩电流比(Maximum Torque Per Ampere,MTPA)模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)方法。方法通过MTPA控制,建立了电机电磁转矩参考值与定子电流d、q轴分量之间的关系。在瞬态时,上述方法与传统的单矢量MPC相同,以d、q轴电流的跟踪误差作为代价函数,保持了传统的模型预测控制动态响应快的特点;在稳态时,采用双矢量MPC,减小了转矩脉动,改善了电机的稳态控制性能。仿真结果表明,与i_(d)=0的MPC相比,给出的控制策略动态响应快,稳态转矩脉动小,铜损耗低。

新能源农机用双永磁游标电机的模型预测电流控制

模块化双永磁游标电机兼具高转矩密度和低铁耗,适用于低速大转矩的直驱应用领域。针对新能源农机用模块化双永磁游标电机控制系统存在的转矩脉动大、电流谐波多和转速波动大等问题,提出一种基于改进式模型预测电流控制策略。相比于传统模型预测电流控制,提出的控制策略采用双矢量模型预测电流控制,在每个控制周期内可同时选择2个任意电压矢量组合作用,扩大了电压矢量的选择和幅值调节范围,可进行更准确的电流控制。同时,考虑系统延迟,在预测控制中加入电流延迟补偿环节。仿真结果表明,所提的控制策略可有效减小转矩脉动、电流谐波和转速波动,提升系统的控制性能。

双三相永磁同步电机的多矢量模型预测电流控制策略

针对双三相永磁同步电机在传统矢量控制中电流脉动较大的问题,提出了一种基于电压矢量合成原理的多矢量模型预测电流控制策略。首先,通过结合双dq解耦变换与三相解耦脉宽调制(PWM)算法,将电机的每组三相绕组视为基本单元。其次,在每个控制扇区内,通过选择2个有效电压矢量和1个零矢量,构造出所需的目标电压矢量,并将其纳入备选电压矢量集,以实现任意方向和幅值的电压覆盖。最后,采用dq轴电流的无差拍算法确定各矢量的作用时间。仿真结果表明,所提控制策略显著降低了电流脉动,增强了系统稳定性。

Model Predictive Torque Control for a Dual Three-phase PMSM Using Modified Dual Virtual Vector Modulation Method

Single voltage vectors applied in the conventional model predictive torque control(MPTC)for multiphase motors do not only suffer from serious torque and stator flux ripples but also cause the large harmonic current.To address the aforementioned challenges,an MPTC using a modified dual virtual vector modulation method is proposed to improve the operational performance of a dual three-phase permanent magnet synchronous motor.Virtual voltage vectors are synthesized as the candidate control set to restrain the harmonic current.A transformation method is introduced to consider both the stator flux and torque in the duty cycle modulation.The torque and stator flux ripples are simultaneously reduced by addressing the limitations of nonuniform units.Furthermore,the null voltage vector is then inserted to expand the modulation range and improve the steady-state performance.Moreover,the sawtooth carrier is adopted to address the challenge of the asymmetric switch sequence caused by the modified modulation.Finally,the experimental results are presented to verify the effectiveness and superiority of the proposed MPTC method.

带中点电位平衡控制的VIENNA整流器简化SVPWM双闭环控制

针对三电平VIENNA整流器存在的固有中点电压波动和传统SVPWM(空间矢量脉宽调制)计算繁琐的不足,将直流侧中点电压偏差引入到电压定向电流解耦闭环控制中,通过调节指令电流的直流偏移量实现直流侧中点电压平衡控制,并探索了一种基于两电平空间矢量平面的三电平SVPWM简化算法。结合等效电路分析了整流器工作原理,并给出了简化SVPWM占空比和中性点补偿系数选取依据。最后搭建了一台实验样机,实验结果验证了该方案的可行性和正确性。

双馈风力发电机机侧变流器分析

根据变速恒频双馈风力发电机定子磁链定向矢量控制理论,采用双闭环结构SVPWM(Space Vector Pulse WidthModulation),通过控制转子侧励磁电流达到控制电机定子侧的无功功率和频率的目的。并通过PSIM软件进行亚同步、超同步运行实验,双闭环控制保证了双馈电机的快速响应,仿真验证了双馈风力发电机控制策略的正确性。