基于简化有限集模型预测电流控制的五相PMSM统一容错控制

在五相永磁同步电机(permanent-magnet synchronous motor,PMSM)中,有限集模型预测容错控制(finite control set model predictive fault tolerant control,FCS-MPFTC)存在计算量大、电流谐波含量高等问题。因此,该文提出一种简化FCS-MPFTC来实现相开路和短路故障情况下的统一容错控制。首先,将模型预测电流控制的电流代价函数等效转化为电压代价函数,并采用无差拍方法通过电流模型计算出参考电压。然后,基于抑制三次谐波电流为0的原则合成虚拟电压矢量(virtual voltage vector,V^(3));通过重构V^(3)和扇区,以直接获得参考电压矢量对应的最优电压矢量。最后,对传统和简化FCS-MPFTC在开路和短路故障下进行对比实验。结果表明,所提策略能够有效减小故障后计算量、转矩脉动以及电流谐波含量。

抑制采样白噪声干扰的PWM整流器无差拍控制

无差拍控制(DBC)是一种应用于整流器电流内环的预测控制,但该算法对系统参数敏感,当采样受到持续噪声干扰时波形畸变严重。为此,此处提出了一种基于DBC的白噪声抑制算法,实验结果表明,该算法在较大电感参数偏差下能保持稳定,在白噪声干扰下能够显著降低电流畸变率。

基于MPC的PMSM转矩电流误差控制研究

针对占空比双矢量模型预测电流控制方法采取无差拍思想计算占空比时,周期内较大的电流误差导致转矩脉动严重的问题,提出了一种矢量切换的方法。所提方法不以无差拍思想下转矩电流预测值与参考值相等为控制目标,而是通过改变电压矢量的切换时刻并保证电流误差正负对称相等,实现了降低转矩电流控制误差的目的。通过推导占空比,对比分析了矢量切换前后单个控制周期内的最大电流误差。并在Simulink仿真平台上验证了矢量切换方法,同时与占空比双矢量方法进行对比。结果表明矢量切换方法能有效减小周期内转矩电流跟踪误差,实现了每个周期过程最优控制。

新能源游船直流微电网系统无差拍预测电压控制策略研究

基于光伏、储能技术混合供电的直流微电网系统被广泛应用于新能源游船。针对其日用负荷供电变流器接入不平衡负荷或者单相负荷时出现的供电电压不平衡问题,文章提出一种基于输出电压正负序分离的无差拍预测电压控制策略,在正负序坐标系下分别实现供电变流器电压正负序分量控制,保证供电变流器输出三相电压平衡,增强系统对不平衡负荷的抗干扰能力,避免增加额外的电能质量治理装置。仿真结果表明,采用所提无差拍预测电压控制策略后,直流微电网的日用负荷供电变流器电压不平衡度从28%降低到0.5%以下,验证了所提控制算法的有效性。

基于参数自适应的永磁同步电机无差拍预测电流控制

无差拍预测电流控制(dead-beat predictive current control,DPCC)因其响应迅速而在电机控制领域具有较大应用潜力,然而受参数敏感影响,该方法鲁棒性不高。为此,文中提出一种结合参数自适应的永磁同步电机(permanent magnet synchronous machine,PMSM)电流无差拍控制方法,以解决无差拍控制在参数失调下的鲁棒性问题。首先,介绍无差拍电流控制的基本原理。随后,重点分析在电机参数不精确的条件下,参数误差对无差拍电流控制环路的影响。针对电机参数不精确的情况,提出一种结合了参数自适应算法的预测电流控制方法,通过在线进行电机参数辨识,实时修改预测电流控制器的参数,以达到参数修正的效果。最后,对该方法的控制效果进行对比仿真验证与效果评估。结果表明,采用该方法后电流控制过程中系统鲁棒性提升明显,效果较好。

弹性连杆对平行打纬机构前死心位置的影响

随着织机转速提高,共轭凸轮与四连杆组合的平行式打纬机构中的连杆构件会在惯性载荷的作用下变形加大,从而导致钢筘前死心位置与理想位置产生偏差,影响打纬精度。针对该问题采用虚拟仿真与实验结合的方法对机构进行研究,建立了平行打纬机构柔性连杆下的动力学模型,并运用ADAMS软件进行仿真,探究不同凸轮转速和连杆不同材料对钢筘前死心位置的影响,同时搭建实验平台对仿真结论进行验证。结果表明:凸轮转速对钢筘前死心位置的影响是非线性的,凸轮转速在180 r min以内钢筘的前死心位置稳定且偏差值较小。弹性连杆构件选用比刚度更大的材料有助于减小钢筘前死心位置偏差。研究结果可为高速共轭凸轮平行打纬机构的设计和优化提供参考。

多电平变换器连续集模型预测控制研究

为解决有限集模型预测控制(FCS-MPC)下变换器输出波形频谱发散、纹波过大的问题,在此提出一种基于矢量分析的连续集模型预测控制(CCS-MPC)策略。该策略采用通过多个基本状态矢量实时合成目标矢量的方式,实现了四开关状态变换器的无差拍控制。同时由于单周期内各矢量作用时间可通过几何方法简便求得,因此该策略便于现有微处理的实现。与FCS-MPC相比,新型CCS-MPC策略能够在不显著增加计算负担的前提下获得优异的频谱特性。该策略在100 kHz氮化镓(GaN)三电平飞跨电容(FC)变换器上进行了实验验证。实验结果显示,与FCS-MPC相比,新型CCS-MPC下变换器的电感电流总谐波失真(THD)降低了60%以上。

基于几何分析的三矢量模型预测无差拍电流控制

针对传统永磁同步电机单矢量模型预测电流控制中存在的稳态时转矩脉动和电流谐波较大的问题,提出了一种基于几何分析的三矢量模型预测无差拍电流控制。该方法通过无差拍电流控制确定定子电压矢量的目标值,然后通过代价函数的计算确定用于合成目标电压矢量的基本电压矢量,最后通过分析目标电压矢量与基本电压矢量的几何关系确定每个周期3个基本电压矢量的占空比。所述方法改善了单电压矢量的模型预测控制会带来较大的转矩脉动和电流谐波的问题,基于MATLAB/Simulink的仿真实验验证了该方法的有效性,在不同工况下综合来看谐波含量和稳态转矩脉动下降30%左右,负载和给定转速变化时的调整时间保持一致,并未变长。

喷气织机打纬机构用共轭凸轮设计

为了提升喷气织机织造性能,分析现有四连杆打纬机构、六连杆打纬机构、共轭凸轮打纬机构存在的问题,提出一种能满足不同幅宽、不同车速喷气织机需求的共轭凸轮打纬机构解决方案;介绍共轭凸轮外形及运动曲线,对比其与四连杆、六连杆的位移、速度、加速度、急跳(跃度)的曲线变化,分析后死心完全静止的大静止角凸轮和后死心主动摆动的大静止角凸轮存在的不足,参照连杆打纬设计出仿八连杆共轭凸轮打纬机构。指出:共轭凸轮打纬机构曲线流畅顺滑、无突变情况,可用于高速窄幅喷气织机;仿八连杆共轭凸轮打纬机构打纬,在后死心位置有约200°的相对静止角度,且织机运转1圈仅出现2次升降变化,加速度及跃度曲线顺滑、接近连杆机构打纬曲线,满足高速宽幅喷气织机更多引纬时间和更大打纬力的织造需求。

一种光伏并网与电能质量复合控制系统的设计

结合光伏并网发电系统和有源电力滤波器,研究了一种既能够并网发电,又可以实现无功补偿、电网谐波电流滤除的新型系统。提出了适用于该系统的无差拍复合控制策略,并给出了该策略的原理和复合指令的计算方法。最后,搭建了仿真模型和实验平台,给出了该系统的具体实现方案。运行数据验证了系统结构和控制策略的有效性和合理性。

动态电压恢复器数字矢量控制方法的性能分析及改进

动态电压调节器(dynamic voltage restorer,DVR)是解决暂态电能质量问题的有效手段。根据DVR在dq同步旋转坐标系下的状态空间模型,采用前向欧拉法和无差拍控制原理推导得出包含内环电流控制器和外环电压控制器的数字双矢量控制算法。利用闭环模型进行稳定性分析和频率响应分析,研究参数变化对数字控制系统的影响。为补偿数字控制系统的采样延迟和计算时间,采用状态观测器对输出电流进行预估,并反馈至内环矢量电流控制器。仿真结果表明算法具有良好的动态和静态性能。提出2种改进的双矢量控制算法,实现对不对称电压跌落的无差补偿,并通过仿真和实验进行初步验证。

基于预测无差拍算法的永磁同步发电机无传感器控制

针对永磁同步发电机(PMSG)提出了一种基于预测无差拍算法的高性能无传感器控制方案。为了获得出色的无传感器控制性能,提出对引入无差拍控制器的估算反电动势进行串联补偿,在改善系统稳定性的同时,实现了定子电流的无静差跟踪。随后,基于Luenberger算法对定子电流超前预测,补偿数字控制一拍滞后的影响,并在维持系统稳定性的前提下,根据离散控制模型设计控制器参数,以改善定子电流环的动态响应及其适应电机参数变化的鲁棒性。在此基础上,基于估算反电动势的同步锁相环(SRF-PLL)能够快速、准确地观测转子的位置角和转速信息,并实现电机控制的同步定向和速度反馈调节。最后,基于10kW永磁同步发电机建立模拟的直驱式发电机组,对本文所提控制方案的有效性和可行性进行了仿真分析和实验验证。

并联型三相PWM变换器环流无差拍控制策略

三相PWM变换器并联能够有效增加系统容量,但同时可能带来环流问题。环流会使交流电流发生畸变,增加损耗,降低系统效率。该文提出一种新型的环流无差拍控制方法。在分析并联系统环流模型的基础上,设计了环流无差拍控制器,环流控制通过对各并联模块控制环节中空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)的零矢量进行调节来实现。该方法不需要增加额外的硬件,具有动态响应快,环流抑制效果好等优点,适用于采用通讯线连接的共直流母线交流侧直接并联的三相PWM变换器系统。实验结果验证了理论分析的正确性,表明该方法适用于并网电抗器不同及模块电流给定值不同的并联运行场合。

无差拍空间矢量调制直接转矩控制简化设计

提出一种对无差拍空间矢量调制直接转矩控制的简化结构,主要通过预先选取定子静止两相坐标系下参考电压矢量,并实时计算该电压矢量减小转矩误差所需的脉宽。该结构较之于原有系统,避免了特殊情况下多次逻辑判断和反复求解一元二次方程以确立定子参考电压矢量的弊端,控制过程得到极大简化,结构更为简单、动态响应更为迅速。与传统开关表直接转矩控制相比,开关利用率得以提高,实现了对转矩的精确控制。理论和实验结果表明,采用所提出的控制方法,控制性能得到较大提高。

基于复合预测的无差拍谐波电流跟踪控制

针对传统的无差拍谐波电流跟踪控制受信号采样、处理和执行等过程时延影响,实际上是差一拍控制的问题,提出了一种基于复合预测的无差拍控制。该算法提前2个采样周期预测出谐波补偿参考电流,提前一个采样周期预测出逆变器输出电流,从而实现"真正意义上"的无差拍控制。为此,又提出了一种综合地考虑了负载谐波电流稳态和动态过程的复合预测方法,使上述预测过程更加准确。最后,仿真和实验表明基于该复合预测的无差拍控制方法在负载稳态和变化时都具有良好的补偿效果。

基于扩张状态观测器的永磁电机电流预测控制

针对永磁同步电机传统无差拍电流预测控制中系统参数失配以及模型不确定性带来的电流扰动问题,提出基于扩张状态观测器的电流预测控制算法.在传统无差拍电流预测控制算法的基础上,建立包含交、直轴电流和内、外扰动量的扩张状态观测器数学模型.引入权重因子,通过交、直轴电流观测值对预测控制中的参考电流进行修正,利用观测获得的控制系统扰动量对电机的参考电压进行修正.开展所提算法和传统的预测控制算法的实验对比研究.实验结果表明,采用该方法能够有效地减小系统电流环扰动和转矩波动,提高稳态转速精度.

基于光伏并网的电能质量控制系统

结合微网光伏并网系统和电能质量调节器的特点,提出了一种既能够并网发电,又能实现无功补偿和滤除电网谐波电流的光伏并网及电能质量控制系统(micro photovoltaicgrid and power quality control system,MPG-PQC)结构。首先介绍了该系统的结构和原理,构建了该系统的数学模型;然后提出了适用于该系统的无差拍复合控制策略,重点分析了该控制策略下调制脉宽的理论计算,给出了复合指令的求取方法;最后,搭建了仿真模型和实验平台,给出了该系统的具体实现方案。运行数据表明了系统结构和控制策略的有效性和合理性。

无差拍控制的非隔离型并网逆变器漏电流分析

为实现逆变系统高质量并网电流的输出,漏电流的消除对非隔离型光伏并网逆变器至关重要。分析了非隔离型单相并网逆变器漏电流的产生机理和流通回路,并基于无差拍电流控制原理,说明漏电流对逆变电流以及MPPT的影响。提出了一种基于无差拍电流控制的单相光伏并网逆变器漏电流补偿方法,并在Matlab/Simulink环境下进行仿真。通过仿真结果和实验测得值相比较表明,通过对逆变器占空比的补偿,可以有效地消除漏电流对逆变电流的影响,从而避免功率跟踪中出现误判或者找不到最大功率点的情况,实现逆变电流高质量输出和最大功率的正确跟踪。

基于离散状态观测器的H桥级联STATCOM无差拍控制

H桥级联静止同步补偿器(STATCOM)以其损耗低、响应快速、储能元件体积小和输出电流谐波含量低等优点,成为动态无功补偿装置发展的重要方向。通过对STATCOM工作原理及数学模型的分析,推导出无差拍控制算法。为了提高无差拍控制算法的实时性,消除参考电压滞后一拍的影响和抑制STATCOM输出电流的谐波,构造离散状态观测器对系统参考指令电流进行预测。构造离散滑模观测器对STATCOM实际输出电压进行观测,避免了通过直流侧电容电压参考值计算STATCOM实际输出电压的误差。仿真与实验结果表明,该算法可以精确地预测参考指令电流,进而提高了STATCOM无差拍控制的性能。

双向高效准Z源变换器的充电机研究

针对传统电动汽车充电机的结构,提出了一种能量双向流动的车载充电机结构。该结构提供了准阻抗源网络,将变换器主电路和车载装置耦合在一起,克服了传统变换器只能升压或只能降压的不足。针对该结构提出了一种带直通状态的功率前馈无差拍控制策略,该方法实现了系统的快速和无差跟踪。仿真与实验验证了所提结构与方法的有效性。