一种减小双电机转矩差的主从结构模型预测直接转矩控制优化控制策略

以典型的主传动双电机刚性连接系统为对象,以双电机同轴连接的数学模型和预测控制方式为出发点,针对双电机主从控制下的转矩动、稳态均衡问题,提出1种双电机主从结构模型预测直接转矩控制(model predictive torque control,MPDTC)优化控制策略。该策略在二步预测MPDTC传统代价函数的基础上,引入误差反馈闭环预测,并结合主从转矩统一化和主从电机转矩差限制项设定,分别对启动、稳态和动态阶段进行深度优化配置,形成模型预测新型融合代价函数,最终达到分阶段抑制的转矩误差效果。仿真与实验验证结果表明:所提出的主从控制策略能进一步抑制稳态转矩脉动并减小负载突变及系统参数摄动下的动态转矩差,实现两电机间的转矩均衡和系统动态性能的整体提升。

基于扩充虚拟矢量的永磁同步电动机模型预测直接转矩控制

针对传统模型预测直接转矩控制策略存在的计算效率低、电压跳变过高、稳态特性较差等问题,提出一种改进模型预测直接转矩控制策略。为提升电动机的稳态特性,基于最近三矢量原则构建36个虚拟电压矢量,并结合无差拍原理调节虚拟电压矢量中冗余矢量的作用时间;为防止逆变器输出线电压跳变过高以对电动机产生不良影响,仅选取电压跳变不超过Udc/2的电压矢量作为备选电压矢量。同时,结合模型通过无差拍原理预测出参考电压矢量,选取与参考电压矢量位于同一扇区的电压矢量作为最终备选矢量集。实验结果证明了在额定工况下改进控制策略较传统控制策略的电磁转矩、定子磁链幅值误差和电流谐波畸变率分别减少了37.42%、32.00%和44.52%,程序执行时间减少了约11.52%。

一种改进的永磁同步发电机模型预测直接转矩控制方法

传统的永磁同步发电机(permanent magnet synchronous generator,PMSG)模型预测直接转矩控制方法(model predictive direct torque control,MP-DTC)通常在同步旋转dq坐标系上实现预测控制,这导致该算法需要复杂的坐标变换单元,且对发电机的参数变化较敏感。针对这一问题,提出了一种改进的PMSG MP-DTC方法。该方法首先采用全阶滑模观测器在静止坐标系上观测等效反电动势,然后根据观测的等效反电动势和采样的定子电流实现静止坐标系上的定子磁链和转矩预测,从而避免了复杂的坐标变换运算,提高了参数鲁棒性,改善了系统的动态特性。实验结果表明,所提算法有效提高了系统的动态特性和参数鲁棒性,并明显减小了计算负担。

异步电机模型预测直接转矩控制

传统直接转矩控制不仅计算复杂而且对参数依赖大,导致系统控制延时,严重阻碍系统应用。为克服上述难点,提出一种带延时补偿的模型预测直接转矩控制方法,对定子磁链和转矩进行预测,并结合拉格朗日外推法,得到具有延时补偿的控制策略。基于三相异步电机数学模型,以定子磁链和转矩误差为目标函数,通过在线评估开关矢量对电机的作用效果,最终选择使目标函数最小的最优电压矢量。该算法能够有效降低转矩和磁链脉动,减小电流谐波畸变,并且系统结构简单,动态响应较快,解决了传统方法中存在的延时问题。仿真验证了所提方法的有效性。

基于三电平优化矢量的异步电机模型预测直接转矩控制

针对模型预测三电平直接转矩控制需对27个电压矢量进行价值函数优化评估,使得计算量过大而不利于实际应用的问题,提出一种基于三电平优化矢量选择器的异步电机模型预测控制方案,根据转矩和定子磁链的给定值得到期望的优化电压矢量,只需对优化电压矢量所在扇区的有限的4个矢量进行优化评估,有效降低了求解计算量。进一步地,为降低开关频率,在价值函数上加入对IGBT开关切换次数的约束,形成具有开关频率限制的模型预测控制策略,在兼顾转矩和磁链偏差的同时降低逆变器开关频率。针对三电平预测控制中的中点电压平衡问题,根据中点电压大小和电机电流方向,实现了中点电压平衡控制。仿真和实验结果验证了所提出控制方案的正确性和可行性。

异步电机低开关损耗的模型预测直接转矩控制

提出一种新颖的异步电机低开关损耗的模型预测直接转矩控制方法。通过建立异步电机离散时间预测模型,对不同开关矢量作用下的系统输出矢量进行轨迹外推,形成长预测范围的输出轨迹。同时分析三电平逆变器在开关切换时产生的开关损耗,以逆变器的平均开关损耗为价值函数,对不同开关矢量作用的输出轨迹进行在线评估,得到最优的开关矢量并将其作用于逆变器,从而有效降低了逆变器的开关损耗。仿真结果表明,基于该方法的驱动系统逆变器的开关损耗低,电机转矩和磁链动静态性能良好。

永磁同步电机模型预测直接转矩控制

针对传统直接转矩控制方法转矩和定子磁链脉动大的问题,提出基于性能指标评估函数的永磁同步电机模型预测直接转矩控制,在dq旋转坐标系下建立内埋式永磁同步电机预测模型,阐述模型预测控制方法具体实施过程,提出可实现不同控制目标的权重系数可调的性能指标评估函数,并以评估结果为依据选取最优电压矢量,同时与传统直接转矩控制进行详细比较。实验结果表明,所提出的模型预测直接转矩控制优于传统直接转矩控制,可以有效地抑制转矩和定子磁链脉动,同时降低逆变器开关频率,减小开关损耗,并可以通过调节权重系数控制电机运行状态,验证了该方法的可行性和有效性。

一种表面式永磁同步电机有限状态集模型预测直接转矩控制

针对常规有限状态集模型预测直接转矩控制成本函数需要设计磁链和转矩控制权重系数的问题,设计了将磁链和转矩控制转换为相对误差率控制的成本函数,从而消除了权重系数。建立了基于定子磁链坐标系的表面式永磁同步电机预测模型,并以逆变器生成的7个基本电压矢量作为备选电压矢量,仿真验证了提出成本函数的可行性。仿真发现:由于受备选电压矢量自身限制,转矩动态变化下,磁链会出现较大的波动。基于电压矢量作用规律,给出了可同时满足转矩和磁链控制要求的备选电压矢量集合。仿真结果表明:该电压矢量集合可有效抑制动态下的磁链波动。为了提高模型预测控制的实时性,对备选电压矢量数目和预测控制模型进行了简化,并基于STC89C51单片机平台,实验对比了不同备选电压矢量集合和预测模型预测控制的运算时间和运算结果。仿真和实验结果表明了采用精简的备选电压矢量集合和简化模型可在控制性能基本不变的前提下,有效减小运算负担,提高系统实时性。

异步电机模型预测直接转矩控制方法

针对传统直接转矩控制存在转矩和定子磁链脉动大的问题,给出一种新颖的模型预测直接转矩控制方法。在逆变器驱动异步电机模型基础上建立了离散时间内部预测模型,以转矩和磁链偏差平方和作为价值函数,并根据该价值函数对每个开关矢量作用时的偏差平方和进行在线评估,选择使价值函数最小的电压矢量,也就是最优电压矢量作用于逆变器。仿真结果表明,本文所给出的模型预测直接转矩控制方法相比于传统的直接转矩控制,能够有效降低转矩和磁链脉动,减小电流谐波畸变,同时继承了传统直接转矩的快速响应特性。

一种改进的异步电机模型预测直接转矩控制方法

提出一种改进的模型预测直接转矩控制方法,通过磁链和转矩方程设计出一种优化矢量选择器,能够根据转矩和定子磁链的给定值得到给定的电压矢量.该方法只需对给定电压矢量所在扇区的3个电压矢量进行价值函数评估,使得在线优化计算量得到有效降低.针对由控制延时导致的定子电流在参考值附近振荡并增加电流纹波和转矩脉动,采用延时补偿提高了控制系统的性能.通过在模型预测直接转矩控制的价值函数中加入开关切换次数约束,能够在兼顾转矩和磁链偏差的同时进一步降低逆变器开关频率.最后,通过仿真和实验验证了所提出方法的有效性和可行性.

异步电机模型预测直接转矩控制方法的研究

针对传统直接转矩控制存在转矩和定子磁链脉动大的问题,给出一种带延时补偿的模型预测直接转矩控制方法,结合拉格朗日外推法对定子磁链和转矩进行预测,基于三相异步电机数学模型得到具有延时补偿的控制策略,以转矩和定子磁链跟踪为控制目标,通过实时在线评估开关矢量对电机的作用效果,最终选择使目标函数最小的最优电压矢量。该算法系统结构简单,动态响应较快,有效抑制电流谐波,且能够有效降低转矩和磁链脉动,解决了传统方法中存在的延时问题。通过与矢量控制对比仿真验证了所提方法的有效性。

改进的永磁同步电机模型预测直接转矩控制策略

针对永磁同步电机直接转矩控制逆变器开关频率不固定、转矩和定子磁链脉动大等问题,以及模型预测直接转矩控制计算工作量大的缺点,提出了改进的模型预测直接转矩控制策略.该策略只需预测零电压矢量作用下的转矩和定子磁链,当转矩和定子磁链误差在阈值以内时,零电压矢量为最优电压矢量;否则,基于传统直接转矩控制理论中定子磁链的分区和电压矢量选择表确定最优非零电压矢量.由于只有零电压矢量作用下的转矩和定子磁链需要预测并取消了评价函数,因此计算工作量大大降低.最后,基于MATLAB建立了仿真模型.仿真结果表明,永磁同步电机采用改进的模型预测直接转矩控制策略时,电机转矩和定子磁链均能快速准确地跟踪参考值.

表面式永磁同步电机模型预测直接转矩控制备选电压矢量集合研究

针对传统永磁同步电机模型预测直接转矩控制在转子旋转坐标系计算电流和磁链,需要转子坐标旋转变化,且以逆变器生成的全部电压矢量作为备选电压矢量集合,计算负担影响较大,提出了定子磁链坐标系下的表面式永磁同步电机模型预测控制直接转矩预测,通过定子磁链扇区及磁链和转矩增减控制判断,精简备选电压矢量集合。仿真对比不同备选电压矢量集合控制下,表面式永磁同步电机模型预测控制直接转矩预测的控制性能,并基于STC89C51单片机平台,实验对比不同备选电压矢量集合下模型预测控制的运算时间。综合考虑不同备选电压矢量集合下表面式永磁同步电机模型预测控制直接转矩预测系统的控制性能和计算负担,给出了一种较为理想的备选电压矢量集合。

永磁同步电机有限集模型预测直接转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)模型预测直接转矩控制(DTC)转矩脉动大、功率元件开关频率不恒定等问题,将两电平逆变器的8个电压空间矢量作为有限控制集,应用到PMSM DTC中。设计考虑转矩误差、最大转矩电流比及电流约束的成本函数,利用成本函数来估算有限集合中各电压矢量的占空比,从而求得逆变器的最优电压矢量作为系统控制量。与传统模型预测控制方法相比,该方法的电流谐波和转矩脉动显著降低,且转矩动态性能也得到改善。仿真试验结果验证了所提出的控制方案有效性。

三电平逆变器驱动的感应电机模型预测直接转矩控制系统

将模型预测控制应用于电机调速领域,对三电平逆变器驱动的感应电机模型预测直接转矩控制(MPDTC)系统进行了研究。MPDTC系统利用感应电机的离散化数学模型对三电平逆变器27种电压空间矢量对应的定子磁链和转矩未来状态进行预测,构造定子磁链和转矩的给定值与预测值偏差的目标函数,滚动优化,选取最优开关状态,实现对转矩和磁链的有效控制。仿真结果表明MPDTC策略具有转矩动态响应快,速度和定子磁链跟踪性能好,转矩脉动较小等优点。

三相八开关容错逆变器驱动PMSM系统模型预测直接转矩控制

针对三相八开关容错逆变器的PMSM驱动系统,提出模型预测转矩控制(MPTC)策略,并根据驱动系统的运行模式建立数学模型。取值设计复杂性和定子电流总谐波失真(THD)值的降低可利用改进型的MPTC策略来实现,且该策略还可减少磁链以及转矩脉动。利用电流反馈特性的容错控制可有效抑制直流侧母线电容分压不均衡的问题。通过仿真结果可知,该方法不仅具有良好的动态性能、较强的抗干扰性以及鲁棒性,还能降低其开关的损耗和定子电流的总谐波失真值,从而保证系统的可靠性和稳定性。

鼠笼式感应电机模型预测直接转矩控制

针对传统鼠笼式感应电机直接转矩控制转矩和定子磁链脉动大的问题,研究了一种考虑延迟补偿的改进模型预测直接转矩控制算法。在每个采样时刻,预测出在每个电压矢量下的下一时刻的定子磁链和转矩,与定子磁链参考值和转矩参考值的偏差作为目标函数,选择使目标函数最小的最优电压矢量。针对数字控制系统存在一拍延迟的问题,研究了一种多步预测的延迟补偿措施。仿真表明,该算法能够有效降低转矩和定子磁链脉动,减小电流谐波畸变,并解决了数字系统中存在的延迟问题。

一种改进的PMSM模型预测直接转矩控制方法

针对永磁同步电机直接转矩控制转矩和磁链脉动大、开关频率不恒定的问题,对转矩脉动和开关频率不恒定原因进行分析,结合占空比和SVPWM调制思想,提出了一种新型PWM调制的永磁同步电机模型预测直接转矩控制。采用代价函数代替传统直接转矩控制的电压矢量选择表,根据转矩和磁链的综合误差确定所选有效电压矢量以及占空比,将选择的有效电压矢量和零电压矢量按空间电压矢量合成顺序产生使开关频率恒定的PWM。另外,考虑到采样和控制的延时,对转矩和磁链进行多步预测,提前一个控制周期计算并输出所需要的PWM波。仿真和实验结果表明,基于新型PWM调制的PMSM模型预测直接转矩控制方法能够使逆变器开关频率恒定,降低相电流的谐波含量,进而有效抑制转矩和磁链脉动,提高了DTC的转矩控制精度。

基于双滑模估计的主从结构共轴双电机模型预测直接转矩控制无速度传感器控制策略

该文以典型的主传动刚性连接共轴双电机为对象,针对双电机主从结构下的高性能控制进行研究,提出一种基于双滑模估计的共轴双电机主从结构无速度传感器模型预测直接转矩控制(MPDTC)策略,在优化双电机转矩动、稳态均衡性能的基础上进行无速度传感器控制,提高系统整体的容错性能。该策略在MPDTC的基础上引入二步反馈补偿预测以提高系统动态性能,并且进一步减小主,从转矩差,同时在传统滑模观测器的基础上设计带随速因子的Sigmoid函数进行单电机转速与转子位置辨识,并结合MPDTC进一步设计基于双滑模估计的共轴电机速度观测器。将仿真结果与多种控制方法进行叠加比较,并在主传动实验平台上进行实验验证,结果表明所提出的主从控制改进策略能进一步抑制稳态转矩脉振和主从电机转矩差,同时能对速度、负载阶跃下的转速进行良好跟踪,尤其是故障下的无速度控制性能良好。

永磁同步电机的改进模型预测直接转矩控制

针对永磁同步电机直接转矩控制(DTC)中存在的转矩脉动和磁链纹波大的问题,提出一种改进的模型预测直接转矩控制方法。在两相静止坐标系下,依据无差拍控制理论计算出使电磁转矩和定子磁链在下一周期达到给定值的期望电压矢量。通过引入虚拟电压矢量将电压矢量空间划分成13个扇区,根据期望电压矢量所在扇区位置选取相应的实际电压矢量,可选取的实际电压矢量由传统的8个电压矢量扩展为14个电压矢量。该方法具有虚拟电压矢量占空比固定、调制简单以及运算次数少的优点。对直接转矩控制、传统的模型预测直接转矩控制以及改进的模型预测直接转矩控制进行仿真对比,结果表明,改进的模型预测控制方法能有效地抑制转矩脉动和磁链纹波,减小定子电流畸变率,提高系统的鲁棒性。