一种无刷直流电机模型预测占空比补偿量控制算法

为了抑制无刷直流电机的换相转矩脉动,提出了一种模型预测占空比补偿量控制算法。介绍一种混合补偿机制,以换相区中关断相受控管和导通相、非换相相中的受控上管为控制对象,对其驱动占空比进行补偿。基于换相总过程中与换相开始时电磁转矩的偏差,构造换相转矩脉动价值函数,以其最小为目标,求解出无换相转矩脉动的约束条件。进行占空比补偿量自适应预测,即根据换相电路模型建立电流微分方程,结合无换相转矩脉动约束条件,预测出占空比补偿量之间的关系式,并引入自适应调整因子对占空比补偿值进行自适应分配。实验验证了该算法的有效性。

DAB储能变换器双闭环模型预测控制与PI补偿控制策略研究

针对直流微电网中分布式电源输入输出功率不稳定造成的直流母线电压波动问题,鉴于双有源桥(DAB)储能变换器具有能量双向流动的特点,提出一种基于内模原理的双闭环模型预测控制策略。在分析DAB变换器扩展移相调制原理与特性基础上,重点研究电压外环和电流内环的模型预测控制策略。针对模型预测控制性能依赖电路参数准确度问题,分别从电路主要参数失配对功率传输和直流母线稳压的影响两个角度出发,深入分析模型参数敏感度。最终设置直流母线电压稳态误差灵敏度区,在误差灵敏度区外仅采用双闭环模型预测控制以保证系统的动态响应性能,在误差灵敏度区内采用双闭环模型预测控制和PI补偿控制以消除系统稳态误差。搭建实验平台进行实验验证,结果表明:在系统受到扰动时,DAB储能变换器可实现快速地充放电对系统进行补偿,混合控制策略可快速保持母线电压的稳定,实现系统功率均衡,增强系统抗扰能力。

期望扇区三矢量模型预测电流控制

三矢量模型预测电流控制需要依次计算6扇区电压矢量的作用时间,再由价值函数选取期望电压矢量,存在计算量大的缺点。本文提出一种基于期望扇区的三矢量模型预测电流控制,以快速确定期望电压矢量。首先,建立d-q轴的三矢量电流模型,给出其三矢量作用时间;然后,令预测电流为期望电流,可以获得期望电压矢量,并利用Clark变换得到α-β轴的期望电压矢量;最后,利用反正切函数求得期望电压矢量角度,确定期望电压矢量所在的期望扇区,得到期望三矢量及其作用时间。仿真和实验表明,该方法能够保持很好的控制系统性能。同时,该方法只需一次计算期望电压矢量角度即可确定期望三矢量及其作用时间,比传统三矢量方法有效缩短了算法执行时间约60%。

永磁同步电机无模型自适应滑模补偿预测控制

针对在永磁同步电机矢量控制系统中应用模型预测控制方法设计控制器时依赖电机数学模型参数,当电机运行过程中参数变化时,引起控制器参数与电机参数失配,导致系统控制性能降低。提出一种无模型自适应预测控制方法,利用系统输入输出数据和时变的伪偏导数建立预测模型;又由于无模型自适应预测控制方法没有反馈校正环节,易受外部扰动的影响,设计一种新型高阶滑模补偿器作为校正部分,以提高控制系统的鲁棒性且抑制滑模自身的抖振,最后MATLAB仿真验证了无模型自适应高阶滑模补偿预测控制方法的优越性。

基于直接转矩控制的双矢量直接电压模型预测控制策略

模型预测控制(Model predictive control,MPC)是目前电力电子领域研究较为广泛的一种控制策略,不需要调制环节,具有动态响应快、容易实现多目标灵活控制、简单且容易实施等特点。但是这种控制方法由于存在循环寻优的计算过程,算法计算量较大且对控制器的要求较高,不利于实际应用。参考直接转矩控制思想,提出一种双矢量直接电压模型预测控制(Double vector based-direct voltage predictive control,2VB-DVPC)策略,这种控制方式利用查表法省去繁琐的循环寻优计算过程,减少了控制算法的计算量。在Matlab/Simulink仿真平台上搭建传统MPC与2VB-DVPC的仿真模型进行仿真对比,仿真结果验证了所提2VB-DVPC控制策略在保证动稳态性能的情况下,能够有效减少算法的计算量,并且能够固定平均开关频率,降低了谐波滤除的难度。

基于新型虚拟矢量调制方法的IPMSM模型预测电流控制方法

模型预测控制方法已经被广泛应用于内置式永磁同步电机(IPMSM)的控制之中,传统模型预测控制方法由于候选电压矢量数量有限,在电机运行过程中会产生较大的电流和转矩谐波。为了增加候选电压矢量数量,提出了构建虚拟电压矢量的方法。但是在应用虚拟矢量调制方法时,系统计算的负担会随虚拟矢量数量的增加而增加,因此控制效果会受到系统计算能力的限制。针对此问题,该文提出了一种新型的虚拟电压矢量调制方法,首先将电压扇区进行细分来增加虚拟电压矢量的数量,然后通过对指令电压矢量坐标进行标幺化处理的方法求得其角度,最后从基础和虚拟电压矢量之中由角度搜索选出最优电压矢量。在该方法中,系统的计算量大小与虚拟电压矢量的数量无关,因此可以在不增加系统计算负担的情况下提升系统的控制性能。实验结果表明,与虚拟矢量数量受到限制的虚拟矢量预测控制方法相比,该方法有效减少了三相电流谐波含量,并且减少了控制算法的执行时间。

基于光伏并网逆变器的一种矢量角补偿法有限控制集模型预测控制研究

有限控制集模型预测控制（finite control set model predictive control,FCS-MPC）提供了一种与众不同的能量处理方法,将功率变换器当做离散和非线性的执行器。它具有无须解耦运算和安装脉冲宽度调制（pulse width modulation,PWM）调制器等优点,被广泛应用于电力电子变换器。传统FCS-MPC在延时补偿问题上采用拉格朗日外推法对未来参考值进行修正,但这种方法在出现阶跃变化时峰值较大。考虑到三相系统变量的矢量表示法后,能够根据一次采样时间的矢量角变化来估算未来参考值。因此,该文基于光伏并网逆变器,运用矢量角补偿法对FCS-MPC延时补偿后带来的未来参考值偏离进行修正,研究光伏光照强度变化时并网的动态控制效果,这个简单的补偿方法允许预测控制模型包含延时,并能够避免受控变量出现较大的纹波,同时该文在代价函数中加入了开关频率约束项,减少开关损耗,同时不会造成输出电流畸变。最后通过Matlab/Simulink仿真和实验,验证这种模型预测控制器在光照波动时并网运行过程中具有良好的控制性能,并论证此方法的可行性。

基于模型预测和转角补偿的智能汽车换道轨迹跟踪控制算法

为了提高自动驾驶跟踪过程中路径跟踪的精确性和车辆的操纵稳定性,提出了一种基于模型预测控制原理并结合转角补偿的轨迹跟踪控制方法.将整体控制结构分为上下两层:上层为轨迹跟踪控制层,根据获得的道路信息及车辆行驶状态,利用模型预测控制算法得出车辆的前轮转角控制量;下层采用滑模控制理论设计转角补偿器,以汽车的横摆角速度误差为控制目标,实现精确跟踪.结果表明:与单点预瞄策略相比,模型预测+转角补偿的轨迹跟踪控制策略能更好地控制车辆实现轨迹跟踪,且横摆角速度和质心侧偏角峰值明显降低,稳定性更好.

具有输入约束和扰动补偿的四旋翼无人机姿态稳定模型预测控制

为了解决四旋翼无人机飞行过程中的姿态控制问题,考虑受到执行器输入约束和外界未知扰动影响,设计了一种具有输入约束和扰动补偿的四旋翼无人机姿态稳定模型预测控制方法;设计简化的四旋翼无人机姿态动力学模型,降低控制器设计的复杂程度,设计带有输入约束的控制器,模拟饱和输入现象,实现饱和输入下的四旋翼姿态稳定控制;设计风扰观测器,实现对外部未知扰动的估计,有效跟踪外部持续扰动,并由此设计扰动补偿律;围绕代价函数设计带有扰动补偿律的最优控制律,作用于四旋翼姿态系统,实现四旋翼无人机姿态的稳定控制;最后进行数值仿真,设置风扰观测器参数λ_(i)为0.25,预测时域N_(p)为10,控制时域N_(c)为9,仿真测试文章方法与不带观测器的非线性预测控制方法(NMPC),验证文章控制方法的有效性和优越性。

考虑负荷变化的VSG并网模型预测有功补偿控制方法

随着负荷类型复杂多变,传统虚拟同步发电机难以应对不确定性环境带来的诸多挑战。为此,本文提出一种模型预测控制方法来设计补偿环节,旨在优化负荷大幅度变化情况下虚拟同步发电机并网控制的鲁棒性。首先,根据虚拟同步发电机基本原理建立系统离散形式的状态方程;其次,考虑负荷变化引起的并网点电压和频率波动,将多种输入绝对误差值的二次型形式作为模型预测控制的代价函数,并将其赋予权重,预测输出值补偿至有功功率输入环节中,进而减少负荷波动对中低压配电网的影响;最后,通过Matlab/Simulink平台验证该方法在单节点和IEEE33节点网络上具有可行性。实验结果表明,相比于传统控制方法,该方法具有很强的暂态鲁棒性,响应时间降低82%以上,同时有效改善了多组虚拟同步发电机产生的欠阻尼现象。

基于非线性扰动补偿的超局部无模型永磁同步电机电流预测控制

在电机运转过程中,电机参数会发生变化,产生参数漂移,同时电机会受到内外部未知扰动,导致控制性能下降,抗干扰性和鲁棒性较差。为解决这些问题,提出非线性扰动补偿的超局部无模型电流预测控制方法。只利用电流环的输入和输出,建立超局部无模型电流预测控制模型,不涉及任何电机参数,解决了因参数变化导致的模型失配问题。针对系统总扰动,建立非线性扰动补偿模型,能够较为准确和稳定地估计系统总扰动,并进行前馈补偿,实时更新控制信息,仅需调节两个控制参数。为防止产生较大的电流,建立电流限幅控制,提高电机控制性能。仿真和实验结果表明,提出的控制方法对于参数变化和外部扰动,具有较强的鲁棒性、抗干扰能力,能够实现较快的动态响应,减小电流纹波,降低电流静差,获得较优的电流环动静态性能;抑制转速脉动和超调量,稳定跟踪额定转速,有利于电机的平稳运行。

基于补偿函数观测器的三相并网逆变器无模型预测功率控制

针对三相并网逆变器受参数变化等因素引起的未知扰动导致系统控制性能下降的问题,提出一种基于补偿函数观测器的无模型预测功率控制算法。首先,以超局部模型代替原有的逆变器模型,降低对系统模型的依赖,提升系统鲁棒性;其次,设计补偿函数观测器,估计超局部模型中的集总扰动,利用含补偿函数的信号跟踪器补偿传统观测器的估计残差,提高系统对扰动的估计精度;最后,设计无差拍代价函数,实现系统的无差跟踪。实验结果验证了所提方法具有更好的动稳态性能。

循环量预测模型下石化污水脱硫罐液位控制方法

提出循环量预测模型下石化污水脱硫罐液位控制方法。在循环量预测模型下,分析影响脱硫罐液位变化的主要影响因素,在此基础上预测脱硫罐液体循环量,同时将各项影响因素作为输入变量,设计脱硫罐液位被控模型,结合循环量的变化调整脱硫罐液位,根据脱硫罐液位的波动情况,设计切换控制机制,使其能够在液位的不同状态下始终维持稳定。实验结果表明:循环量预测模型下石化污水脱硫罐液位控制方法控制响应时间快、控制精度高。

基于模型预测控制的高频隔离型混合配电变压器

配电台区新型源/荷占比逐年提升,使得高/低电压、谐波放大、三相不平衡等配电终端电能质量问题凸显。提出一种基于模型预测控制的高频隔离型混合配电变压器,具备电能质量综合治理、交/直流混合配电等功能,可以满足配电终端用户高品质供用电以及新型源/荷友好接入需求。介绍了高频隔离型混合配电变压器的拓扑结构并推导了数学模型。结合拓扑结构特点,设计了连续控制集模型预测控制(CCS-MPC)策略和延时模型预测控制策略,CCS-MPC通过计算最优化占空比,实现前端变换器输出具有固定的开关频率和开关序列,减小寻优计算量。利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建了一套10 kV/0.4 kV电压等级的高频隔离型混合配电变压器系统,验证了所提拓扑结构电能质量综合治理能力的有效性。

三相电压型逆变器的延时补偿模型预测控制

模型预测控制广泛应用于三相电压型逆变器,但该方法在控制过程中存在大量计算,导致系统延时,严重阻碍系统应用。为克服上述难点,提出了一种改进的控制算法,对负载电流进行预测,并结合拉格朗日外推法,得到具有延时补偿的控制策略。以带阻感负载的三相电压型逆变器为控制对象,建立了三相电压型逆变器有限集模型预测控制仿真模型,分析了输出电流的稳态与动态性能,讨论了不同目标函数对系统性能所产生的影响。仿真结果表明:该算法能够准确地跟踪参考电流,解决了传统方法中存在的延时问题,验证了所提补偿方法的有效性。

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。

具有建模误差补偿的三相逆变器模型预测控制算法

对于三相逆变器模型预测控制系统,传统的有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)算法未考虑建模误差对系统控制的影响,导致所选择的最优控制量在实施控制时已失去最优性。对此设计了一种具有建模误差补偿的三相逆变器有限控制集模型预测控制(FCS-MPCMEC)算法,该算法以前一时刻三相逆变器的建模误差补偿当前时刻三相逆变器预测模型的输出,从而实现对三相逆变器预测模型建模误差的在线补偿。通过对比实验分析了基于FCS-MPC算法及FCS-MPCMEC算法的三相逆变器在空载、带阻感性负载、带非线性负载及负载投入等工况下的控制性能。实验结果表明:在上述所有工况下,FCS-MPCMEC算法对三相逆变器的控制效果均优于传统FCS-MPC算法。

无权重系数的双矢量模型预测转矩控制

占空比模型预测转矩控制由于第2个电压矢量只选择零矢量,因此转矩和磁链仍然存在较大的脉动,同时由于价值函数中含有转矩和磁链2个不同的物理量,需要设计权重系数,但权重系数的设计比较困难。针对以上问题,提出了一种无权重系数的双矢量模型预测转矩控制,将第2个矢量从零矢量扩大到非零矢量并且无需权重系数设计。仿真和实验结果表明,所提出的方法和占空比模型预测转矩控制具有相同迅速的动态性能,并且能够较好地抑制转矩和磁链脉动,改善了系统的稳态性能。

逆变器有限集模型预测控制参数不匹配补偿方法研究

预测模型参数不匹配会产生预测误差,造成有限集模型预测控制性能显著下降。以单相逆变器为模型预测控制对象,研究有限集模型预测控制误差补偿问题。通过推导预测模型电感、电阻参数不匹配与预测电流误差之间的定量关系,分析逆变器电感、电阻参数不匹配对预测输出电流的影响机理。针对模型参数不匹配问题,提出基于递推最小二乘法在线参数辨识的补偿方法,以及考虑参数不匹配和控制延时的协同误差补偿控制方法。所提误差补偿方法不仅能补偿电感误差,还能同时补偿电阻参数误差。实验结果表明:所提补偿方法能有效地降低预测电流误差、电流谐波,能快速准确地在线辨识实际模型参数,提升逆变器控制效果,具有实现简单、补偿效果好的优点。

考虑定位力矩补偿的磁通切换永磁电机模型预测转矩控制方法

为了减小定位力矩对磁通切换永磁(FSPM)电机性能的影响,提出了一种考虑定位力矩补偿功能的模型预测转矩控制(MPTC)方法。通过有限元分析获得FSPM电机定位力矩主要谐波的数学表达式,根据补偿控制理论,构建能够抵消定位力矩的补偿转矩模型。基于MPTC原理,利用补偿转矩模型、预测转矩模型和预测磁链模型共同设计价值函数,以获得最优开关状态。所提控制方法不但能实现定位力矩补偿和转矩脉动抑制,还具有较好的动态性能,并且适用于一般的永磁同步电机。仿真和实验结果验证了所提控制方法的有效性。