基于拓展控制集的PMSM有限控制集无模型预测电流控制策略

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有高效率、高功率密度与高可靠性等优势,已在工业界得到广泛应用。文中针对PMSM驱动系统,提出基于拓展控制集的有限控制集无模型预测电流控制(finite-control-set model-free predictive current control,FCS-MFPCC)。首先,分析PMSM系统的数学模型并详述有限控制集模型预测电流控制(finite-control-set model predictive current control,FCS-MPCC)的原理。其次,介绍基于线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)的传统FCS-MFPCC。针对传统FCS-MFPCC稳态性能不足的问题,采用基于离散空间矢量调制(discrete space vector modulation,DSVM)的控制集拓展方案,将控制集的电压矢量数目拓展至25。然后,为解决拓展控制集带来的高计算量问题,提出一种快速寻优策略,阐述该策略的实施原理与流程。最后,基于一台500 W PMSM实验平台,对比传统FCS-MFPCC与所提FCS-MFPCC的控制性能,验证所提算法的有效性与优越性。实验结果表明,所提算法能够有效提升系统稳态性能,且定子绕组电流总谐波畸变率由10.07%降低至6.48%。

基于有限集模型预测的光伏并网逆变器控制优化研究

针对三电平三相四桥臂光伏并网逆变器在采用传统有限集模型预测控制方法时运算工作量较大的问题,提出了一种基于电压矢量分区预选的模型预测控制方法。建立了αβ0坐标系下含直流中点电压、并网电流的预测模型;提出了基于两步预测的目标函数和寻优算法设计,减少了采样和计算造成的延迟影响;将目标函数的电流约束转为电压矢量约束,并通过对电压矢量进行分层和层内扇区划分,减轻了运算负担。

基于改进SMO的PMSM有限集模型预测电流控制

针对永磁同步电动机三矢量有限集模型预测控制系统对于电机转子信息依赖性较高的问题,利用滑模观测器观测电机转子信息,并对其进行改进,采用新型趋近率函数代替符号函数,削弱系统抖振现象,采用同步旋转坐标系下的滤波器达到补偿相位滞后、增强滤波效果的目的,实现对于转子位置和角速度的准确观测。仿真及实验结果表明采用的该控制方法具有较好的稳定性,改善了系统控制性能。

采用RBF神经网络改进有限集模型预测控制算法的光伏系统MPPT研究

针对基于扰动观察法或电导增量法控制的光伏系统存在发电功率不稳定的问题,提出一种基于RBF神经网络改进的模型预测控制的最大功率点追踪算法,使用RBF神经网络拟合光伏系统功率-电压(P-V)曲线,预测光伏面板发电功率,通过建立光伏系统前级DC-DC变换器的数学模型,使用模型预测控制确保光伏面板工作在最大功率点提升光电转换效率.通过MATLAB/Simulink仿真结果表明,在外界环境快速变化的情况下,所提策略能有效抑制最大功率点漂移,提高系统光电转换效率.

基于虚拟电压矢量模型预测转矩的船舶推进电机控制研究

针对船舶电力推进系统中六相永磁同步电机所采用传统直接转矩控制技术(DTC)仅采用最外围电压大矢量,会产生较大谐波电流并导致转矩波动大的问题,提出基于虚拟电压矢量合成的模型预测转矩控制策略(V-MPTC),利用α-β子空间中同向的大矢量和中矢量与z_(1)-z_(2)子空间中反向的小矢量和中矢量恰好对应原理,通过适当地调节一个PWM周期内大矢量和中矢量的占空比,可以使z_(1)-z_(2)子空间中的合成电压矢量幅值为0,实现对电机谐波电流和转矩脉动的抑制。同时为了便于硬件系统实现,进行电压矢量中心化以及采取提前2步的预测方法。仿真结果表明,采用V-MPTC控制策略使系统响应速度有所提高,启动转速超调降低,转矩脉动从0.15 N·m降至0.04 N·m,谐波畸变率从68.92%降至10.85%,验证了该方法在船舶电力推进系统中可提高其控制性能。

磁链分区的磁场增强型永磁电机全速域模型预测直接转矩控制

磁场增强型内置式永磁(flux intensifying interior permanent magnet,FI-IPM)电机的反凸极(L_(q)<L_(d))特性,使得正向d轴电流增强磁场,提高输出转矩的同时,也使得弱磁升速时d轴电流正负交替变化,电流角度变化大,磁链波动大,进而造成转矩脉动大、电流畸变振荡、响应速度慢等问题。针对这些问题,该文提出一种基于磁链分区的磁场增强型内置式永磁电机全速域模型预测直接转矩控制控制策略。根据FI-IPM电机速度运行区域与磁链状态映射关系,构建磁链和转矩预测模型。在此基础上,提出磁链分区控制,引入磁链差值判断增磁和弱磁运行区,并进行磁链补偿,解决不同速度运行域之间切换的震荡和不稳定问题。最后,通过实验验证所提出控制策略的有效性,为该类电机在电驱动系统中的应用提供技术方案。

基于ESO分数阶滑模调节的PMSM模型预测转矩控制

为了提高永磁同步电机调速系统的性能,提出一种基于扩张状态观测器的分数阶滑模预测转矩控制策略。采用扩张状态观测器对电机的综合扰动项、定子电流和反电动势进行实时观测,可快速准确得到它们的估计值并进行补偿;利用估计值构建分数阶滑模控制器来削弱系统抖振并提高鲁棒性;利用转矩和磁链无差拍预测控制,减少了遍历次数并降低了计算复杂度。通过仿真和半实物平台进行了验证,所得结果表明,所提出的方法能有效提升系统的鲁棒性,使电机具有良好的动态和静态性能。

基于蜣螂优化算法的永磁同步电机模型预测转矩控制

针对永磁同步电机传统控制系统的转速跟踪能力差和抗扰性能弱等问题,提出一种基于蜣螂优化算法的永磁同步电机模型预测转矩控制(DBO-MPTC)策略。建立起基于传统模型预测控制的永磁同步电机离散系统,随后引入蜣螂优化算法参与到控制器参数的在线整定。搭建了基于蜣螂优化算法的预测控制仿真模型,验证所提策略的优越性。仿真结果表明,相较于传统模型预测控制,采用DBO-MPTC控制策略,提高了永磁同步电机的速度响应和抗干扰能力。

一种永磁同步电机模型预测转矩控制简化策略研究

针对永磁同步电机传统模型预测转矩控制(MPTC)在线计算负担较大的问题,提出了一种MPTC简化策略。通过分析基本电压矢量在定子磁链不同扇区的利用率,舍弃利用率较小的电压矢量,减小备选电压矢量数量。并分析不同转矩误差绝对值下的零电压矢量的利用率,当转矩误差较小时,直接输出零电压矢量;当转矩误差较大时,舍弃零电压矢量,将备选电压矢量最大数量减小至4个。进一步,通过成本函数增加磁链误差约束,有效降低磁链脉动。仿真结果表明,与传统MPTC相比,所提简化控制策略可有效减少MPTC系统遍历次数,减轻计算负担,降低系统开关频率,且控制性能基本相当。

永磁同步电机模型预测转矩控制共模电压抑制研究

针对永磁同步电机模型预测转矩控制共模电压较大的问题,对比分析了磁链、转矩和共模电压共同控制、直接去除零电压矢量和虚拟零电压矢量三种抑制共模电压的方法。仿真结果表明,三种方法均可有效抑制共模电压。前两种方法均未采用零电压矢量,导致磁链脉动和转矩脉动增大;虚拟零电压矢量方法既保留了零电压矢量,又有效抑制了共模电压,但开关频率有所增大;动态虚拟零电压矢量选择开关次数最小的零电压矢量生成方式,可在控制性能基本相当的前提下,有效减小开关频率,综合性能最优。

基于自适应模型预测控制的无刷直流电动机换相转矩脉动抑制策略

无刷直流电动机在工作时的换相转矩脉动严重影响了其在高精度伺服系统中的应用,为了降低这种影响,文中提出了一种自适应模型预测控制算法。在对系统进行传统方波PWM-ON控制的基础上,结合重叠换相法,以换相过程中关断相、导通相的功率受控开关管为控制对象,对其占空比进行控制。以换相期间转矩脉动最小为目标构造价值函数,建立换相期间电动机的三相离散电流方程,对关断相和导通相占空比进行预测,并引入自适应调整因子对占空比进行自适应分配。最后,通过实验验证了该算法在全速范围内的有效性。

模型预测转矩自抗扰控制下直驱永磁同步发电机最大追踪系统

为了更好地获取风能,构建了一种基于模型预测转矩自抗扰的最大功率追踪控制系统,用于直驱永磁同步发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)来实现系统的最大输出功率追踪。为了提升PMSG响应性能,增强PMSG抗扰动性能,首先在电流环设计了模型预测转矩控制(model predictive torque control,MPTC),同时在速度环提出了一种参数补偿改进自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)策略,该方法继承了ADRC和MPTC的优点,可以很好地处理内部和外部干扰、建模误差和风速变化等不确定性问题,以实现在不同风速下最大功率追踪性能。从仿真结果可知当风速变化较小时所提控制策略转速静态误差几乎为0,传统MPTC控制策略误差为0.2 rad/s;当风速变化较大时所提控制策略转速静态误差较小,传统MPTC控制策略误差达到5 rad/s。研究结果表明所提出的控制方法在最大功率追踪较传统控制器具有更好的动态响应性能以及抗干扰性能。

基于无参数PMSM的自适应有限集模型预测控制

当永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)采用有限集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)时,性能易受PMSM参数变化的影响,PMSM与控制器之间的参数不匹配会严重影响预测控制的性能。因此,该文提出一种基于无参数PMSM的自适应FCS-MPC控制策略,能够准确地实现预测控制而无需了解电机参数。针对PMSM多参数在线辨识时存在的欠秩问题,利用FCS-MPC固有的开关纹波能产生持续激励的特性,采用递推最小二乘法(recursive least squares,RLS)实现多参数辨识。此外,针对采用FCS-MPC时的逆变器死区时间补偿问题,提出一种考虑死区时间矢量的合成电压矢量输出方案,进一步提高预测控制性能。最后,通过实验验证了所提方法的有效性,实验结果表明,与基于模型的常规FCS-MPC解决方案相比,所提方法能减小预测误差,并且对参数变化和模型不确定性具有非常强的鲁棒性。

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。

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。

基于无权重PID型代价函数的永磁同步电机模型预测转矩控制

【目的】为解决永磁同步电机控制模型参数失配时,模型预测转矩控制(MPTC)算法存在鲁棒性较差的问题,提出了一种基于无权重比例积分微分(PID)型代价函数的MPTC算法。【方法】PID型代价函数通过构建积分误差价值函数消除静态误差,构建微分误差价值函数抑制转矩和磁链误差的振荡变化。由于转矩与磁链量纲不同,PID型代价函数仍然存在权重系数。为解决此问题,又提出一种无权重的双代价函数并行策略,将多目标代价函数转换为单目标代价函数求电压矢量集合,采用电流型代价函数作为评价最优电压矢量的最终依据,从而消除权重系数。最后,通过仿真将文本所提无权重PID型代价函数的MPTC与传统代价函数MPTC进行对比分析。【结果】仿真结果表明,采用无权重PID型代价函数的MPTC能够抑制转矩脉动和磁链脉动,降低MPTC对模型参数的依赖性,解决因存在权重系数而难以适应不同工况条件的问题,同时保留MPTC动态响应快的优点。【结论】本文所提代价函数在永磁同步电机MPTC上具有良好的可行性。

基于负载转矩建模的永磁同步电机模型预测控制

在永磁同步电机调速系统中,使用单闭环结构的模型预测控制器取代传统双闭环控制结构的速度外环PI调节器和电流内环PI调节器,以满足系统动态响应速度快、稳态误差小、控制精度高的要求。在电机预测模型建立时一般假设负载转矩扰动为零,导致电机在负载波动时,控制性能下降。针对这一问题,提出一种考虑负载转矩建模的模型预测控制方法,在不同的预测时域,将负载转矩分为可测量和不可测量两种情况,构造分段函数形式的状态预测模型。在Matlab仿真平台进行仿真验证,结果表明该算法能有效抑制外部负载波动,改善电机转速跟踪性能。

基于改进有限状态多步模型预测控制的MMC-APF技术研究

基于模块化多电平变换器的有源电力滤波器MMC-APF(modular multilevel converter-based active power filter)是用来处理非线性负载对电网带来的污染问题最有效的拓扑之一。提出了一种基于改进有限状态多步模型预测控制的MMC-APF,仅通过基波同步旋转坐标系实现对所有谐波的控制。首先,使用PI加重复控制的电流环复合控制得到上、下桥臂预导通子模块数,在此基础上进行多步交流侧电流模型预测,最终得到桥臂投入子模块数的最优解,缩小了寻找目标函数最优电平的搜索范围,无需设计权重因子,每相桥臂子模块的总投入数为[N-1,N+1],交流侧输出电平数最大可达2N+1,提高了MMC-APF交流侧电流补偿精度,并改善了系统动态性能。最后,搭建了MMC-APF平台,仿真和实验结果与理论分析一致,进一步验证了所提研究方案的可行性和有效性。

神朔铁路万吨重载列车涌动有限集预测控制研究

神朔铁路是我国重要的重载货运线路,重载列车运行环境恶劣,操纵困难,列车涌动严重影响运行平稳性和行车安全。针对神朔铁路行车过程中的涌动问题,文章分析了重载列车涌动发生时的信号特征,搭建了基于弹性阻尼车钩的列车多质点动力学模型,通过仿真分析了重载列车无涌动和有涌动时的运行状态,针对重载列车的涌动问题提出了一种有限集预测控制方法,仿真验证了该预测控制能够减小列车涌动时的速度波动和最大车钩力。

多时空尺度风电集群爬坡的模型预测控制分层策略

提出一种基于模型预测控制分层策略,对风电集群进行动态划分,以不同时间尺度的数值天气预报(numerical weather prediction,NWP)作为参考依据,用深度学习方法对每个子集进行建模,对每个时间段进行集群的聚类、划分与判定以提高预测精度。控制层在空间上分为三个部分,利用模型预测控制对风功率在时间上进行逐层细分,在滚动优化的环节加入对风电集群的爬坡约束条件,反馈校正环节以当前时刻风电集群输出状态为新的一轮滚动优化调度的初始值。试验结果显示该方法可以降低风电功率的波动,降低风电爬坡事件的出现。