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。

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。

基于快速选择表的永磁同步电机模型预测转矩控制

该文提出一种基于快速选择表的永磁同步电机改进模型预测转矩控制策略,以扩大输出电压矢量选择范围,同时减小双矢量模型预测转矩控制中忽略的定子磁链波动。在该方法中,通过增加有效电压矢量,使输出电压矢量方向和幅值均可调节,并采用快速选择表来降低算法复杂度,在确保转矩性能的同时,对磁链波动进行综合考虑。首先,对电压矢量与转矩和定子磁链之间的关系进行综合分析,并根据定子磁链值进行扇区判断;其次,依据实际转矩与给定转矩之间的差值和扇区值在快速选择表中进行有效电压矢量选择,以降低对有效电压矢量的选择时间;最后,根据无差拍控制原理计算出各个电压矢量作用时间。仿真和实验结果表明,该方法可以减小转矩脉动和磁链波动,并能有效降低算法复杂度。

基于GPIO的永磁同步电机模型预测转矩控制

在永磁同步电机模型预测转矩控制(model predictive torque control,MPTC)中,由于目标函数控制变量的量纲不同,为了在代价函数中选取最优的权重系数,提出一种改进高斯变异鸽群算法(Gaussian mutation pigeon-inspired optimization algorithm,GPIO)实现权重系数自整定。首先,基于代价函数最小化原则设计PIO的目标函数,用电流id、iq脉动误差均方根评价权重系数。其次,在传统高斯变异算子的基础上引入自适应调整动态参数实现变异。仿真和实验结果表明,将改进后的算法应用于永磁同步电机模型预测转矩系统,能在较少的迭代次数内整定出最优的权重系数,极大地降低了转矩误差和电流谐波畸变率。

永磁同步电机级联模型预测转矩控制优化

针对永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)权重系数设计和调节的问题,将权重系数连接的多目标成本函数并联形式转换为单目标成本函数的级联形式,从而消除权重系数。建立基于级联法的表面式PMSM MPTC,研究级联顺序及输出电压矢量个数对系统控制性能和计算量的影响。提出简化排序比较计算量的方法和采用模糊控制器动态调节输出电压矢量个数的优化策略。仿真结果表明:基于级联法的表面式PMSM MPTC可行,无需权重系数设计和调节。当第一级输出6个电压矢量时,采用简化算法的第一级排序比较次数和运行耗时分别减小71.43%和71.67%,整体运行耗时减少2.28%。与传统级联法相比,模糊动态级联MPTC可动态调节不同控制目标的重要性,减小转矩和磁链脉动,抑制动态磁链脉动,优化控制性能。

永磁同步电机并联法模型预测转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)权重系数设计和调节的问题,采用并联法MPTC将多目标成本函数加权求和转换为单目标成本函数电压矢量集合求交集,从而消除权重系数。建立PMSM并联法MPTC,分析磁链控制电压矢量集合和转矩控制电压矢量集合中电压矢量个数对系统控制性能的影响。进一步建立考虑开关次数控制的并联法MPTC,并采用模糊控制器动态调节开关次数,控制电压矢量集合的电压矢量个数。仿真结果表明,PMSM并联法MPTC无需权重系数设计和调节。模糊并联法MPTC可根据系统实时运行状态动态调整控制目标集合电压矢量的个数,从而优化系统控制性能。

基于改进双矢量的永磁同步电机模型预测转矩控制的研究

永磁同步电机的占空比模型在预测转矩控制时仅使用零矢量作为控制转矩的第二矢量,进而导致电机的转矩控制性能变差。为此,通过合理选择活动矢量,提出了一种改进的双矢量预测转矩控制策略。首先,构建了占空比模型(Duty-MPTC),通过分析永磁同步电机的转矩和磁通量规律,获得转矩和磁通差参数;其次,建立第二矢量选择表,确定用于转矩波动抑制的最优矢量组合;最后,在6 kW永磁同步电机上对所提出的策略进行了实验验证,并与占空比模型进行了模拟对比。实验结果表明,本文提出的方法可以显着降低转矩波动,提高动态性能,降低平均切换频率。

永磁同步电机模型预测转矩控制客观评价法综述

由于永磁同步电机模型预测转矩控制的控制目标量纲不同,其成本函数需加权求和,但权重系数的设计与调节较为困难。将模糊决策法、VIKOR法、TOPSIS法、变异系数赋权法和熵值赋权法等客观评价法应用于永磁同步电机模型预测转矩控制以解决上述问题。对于仅考虑磁链和转矩控制的永磁同步电机模型预测转矩控制,上述方法均是可行的,无需权重系数,但在一定程度上增加了计算负担。不同策略的控制性能存在一定的差异,但整体基本相当。由综合性能对比可知,TOPSIS法的控制性能相对最优。

永磁同步电机模型预测转矩控制模糊排序法研究

针对永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)中成本函数权重系数难以设计和调节的问题,以降低逆变器开关频率的多目标控制问题为例,本文研究了基于排序法的模型预测转矩控制策略.本文通过优先级的设计解决了排序过程中最优电压矢量解不唯一的问题.考虑到控制目标重要性并不完全等同,提出了一种带有缩放因子的排序优化方法,利用缩放因子来调节控制目标的重要程度.不同于连续变化的权重系数,缩放因子的作用效果具有离散分段特性,因此其调整过程可得到有效简化.本文进一步提出了基于模糊排序法的模型预测转矩控制策略,实现了缩放因子的动态优化,从而更好地适应电机不断变化的运行状态.仿真结果表明,与固定权重系数的传统模型预测转矩控制相比,本文所提控制策略可降低系统的平均开关频率、转矩与磁链脉动,并可有效抑制动态条件下的转矩和磁链脉动.实时性实验结果表明,排序法不会严重降低模型预测转矩控制的实时性.

永磁同步电机模型预测转矩控制简化控制策略

传统永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)遍历逆变器生成的全部7个电压矢量,计算负担较大.当转矩误差较小时,零电压矢量利用率较高,则可当转矩误差位于阈值范围,电机系统直接输出零电压矢量,否则,依然遍历7个电压矢量,并给出阈值确定方法.基于上述策略,本文增加了6个定子磁链扇区位置约束,将转矩误差大于阈值时的备选电压矢量降至4个,并增加磁链扇区数目至12个和磁链误差约束,进一步减小备选电压矢量.仿真结果表明,提出的3种简化策略控制下,永磁同步电机系统运行正常,控制性能与传统模型预测转矩控制基本相当,平均开关频率分别降低至77.48%, 77.09%和76.12%,平均遍历电压矢量个数分别降低至58.29%, 32.86%和29.14%.实时性实验结果表明运行时间分别减小至57.70%, 32.96%和29.48%.

模糊占空比调制永磁同步电机模型预测转矩控制

传统模型预测转矩控制(MPTC)电压矢量作用于整个采样周期,会造成较大的磁链和转矩脉动。因此,提出模糊占空比调制永磁同步电机MPTC,采用MPTC选择施加的电压矢量,采用模糊控制确定电压矢量占空比。仿真表明模糊占空比调制MPTC系统运行良好。与传统MPTC、磁链和转矩无差拍模型预测控制以及磁链和转矩无差拍控制占空比调制相比,模糊占空比调制MPTC可减小稳态转矩脉动均方根误差(RMSE)、磁链脉动RMSE均值及定子电流总谐波失真(THD)。由于降低了磁链和转矩脉动,MPTC更多地选择零电压矢量,因此虽然采用占空比调制,平均开关频率反而有所减小。

扩展卡尔曼滤波参数辨识下永磁同步电机模型预测转矩控制

为了提高模型预测转矩控制的稳态性能,提出一种空间矢量脉宽调制(SVPWM)策略下的无差拍模型预测转矩控制。针对定子电阻与电感对无差拍算法控制效果的重要影响,使用扩展卡尔曼滤波器对模型中的定子电阻、电感参数同时进行在线辨识,以提升算法的参数鲁棒性。首先,对电磁转矩和定子磁链幅值使用无差拍控制,解出两相旋转坐标系下的参考电压矢量,并送入SVPWM进行调制,从而有效抑制了转矩脉动;然后,推导出定子电阻与电感出现不可抗力误差时,dq轴输出电压存在严重偏离理想值的问题;最后,使用扩展卡尔曼滤波器对模型中的电感和电阻参数同时进行在线辨识,并将辨识结果实时反馈至模型中。通过仿真和实验将所提算法的稳态性能、动态性能及参数鲁棒性进行了对比分析,从而证实了所提算法的优越性。

结合开关表的三电平逆变器永磁同步电机模型预测转矩控制

提出了一种应用于中点钳位型(NPC)三电平逆变器馈电的永磁同步电机(PMSM)调速系统的改进模型预测转矩控制(MPTC)策略。该策略将评价函数中磁链和电磁转矩控制部分等效为空间矢量图中参考电压与基本电压矢量差的模,然后合理划分区域,建立能够选择出使上述模最小的电压矢量的预测开关表。并将这个电压矢量作为第二步预测的输出,从而以一次查表代替传统MPTC第二步预测中多次模型预测计算。实验结果证明,改进策略可以很好地实现对磁链、电磁转矩和中点电位的控制的同时,解决了传统两步预测MPTC计算量大的问题。

基于滑模模型参考自适应观测器的无速度传感器三相永磁同步电机模型预测转矩控制

针对三相永磁同步电机(PMSM)驱动系统,基于滑模变结构模型参考自适应(MRAS)技术,提出了一种新颖的无速度传感器模型预测转矩控制(MPTC)策略.采用滑模变结构模型参考自适应方法构造电机转速观测器,以改善速度估计精度并提高系统鲁棒性;利用模型预测转矩控制策略,以达到减小转矩和磁链纹波并提高系统控制性能的目的.仿真结果表明:就滑模MRAS观测器与MRAS观测器比较而言,基于前者的PMSM无速度传感器MPTC系统比基于后者的PMSM无速度传感器MPTC系统具有较强的鲁棒性和更好的动态性能;就MPTC与直接转矩控制(DTC)和磁场定向控制(FOC)比较而言,采用前者策略的无速度传感器电机驱动系统能够降低逆变器开关频率、减少相电流总谐波失真(THD),从而提高系统可靠性.

基于扩张状态观测器的无速度传感器容错逆变器驱动永磁同步电机系统自抗扰模型预测转矩控制

针对三相四开关逆变器驱动永磁同步电机(PMSM)系统,基于扩张状态观测器(ESO)技术,提出了无速度传感器的自抗扰模型预测转矩控制(ADRMPTC)策略.建立了三相四开关逆变器驱动PMSM系统的数学模型;采用ESO技术构造了PMSM系统转速观测器,以实现对转速快速准确地实时估计;用自抗扰控制器(ADRC)作为系统的转速调节器,以提高系统的鲁棒性;利用模型预测转矩控制(MPTC)方法,以达到减小转矩和磁链脉动的目的.所设计基于ESO的无速度传感器ADRMPTC策略能够使三相四开关逆变器驱动的PMSM系统可靠稳定运行,达到满意的转矩和转速控制效果.与基于PI的MPTC策略相比,本文控制策略使PMSM系统不仅具有良好的动态性能,而且具有较强的抗负载干扰能力.仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性.

一种消除权重系数三矢量模型预测转矩控制

提出一种消除权重系数三矢量模型预测转矩控制策略。该策略在一个采样周期中作用三个电压矢量,通过两次电压矢量选择,得出两个有效电压矢量,第三个电压矢量为零矢量;根据转矩和磁链无差拍的控制方式计算出每个电压矢量的作用时间,同时提出一种无权重系数的价值函数,价值函数中只包含转矩一个变量。实验结果表明:所提出的控制策略减小了双矢量模型预测控制中转矩和磁链脉动,避免了传统价值函数中权重系数需要设计的问题,降低了价值函数计算的复杂度。

无差拍优化五相永磁同步电机有限集模型预测转矩控制算法

多相永磁同步电机驱动系统在低压大功率、高可靠性的应用场合日受青睐和瞩目。首先研究了适用于五相永磁同步电机系统的传统有限集模型预测转矩控制(finite-control-set model predictive torque control,FCS-MPTC)算法,为了消除d3-q3谐波子空间的低次电流谐波,构造了包含谐波项的目标函数。然后,为了减小FCS-MPTC算法实现时带来的巨大计算量,提出了一种基于转矩与磁链无差拍估算的每个控制周期内电压矢量控制集优化方法。所提算法不仅保持了传统FCS-MPTC算法优越的稳态性能、快速的动态响应和低次电流谐波抑制能力,同时显著减少了数字实现的运算量。最后,将所提算法分别与两种传统FCS-MPTC算法进行半实物实验对比分析,验证了所提算法的正确性和有效性。

永磁同步电机优化模型预测转矩控制

为了减少传统模型预测转矩控制(model predictive torque control,MPTC)的计算量并消除转矩与磁链之间的权重系数,优化MPTC方法,提出一种改进模型预测转矩控制方法,利用转矩与磁链无差拍预测控制原理在线计算下一周期预施加的参考电压矢量,根据参考电压所处扇区进一步确定待选电压矢量,无需对所有电压矢量作用下的系统行为进行预测,将传统方法的8次预测减小到2次,显著减小计算量;在其基础上,构建电压误差代价函数取代传统转矩与磁链误差代价函数,选取与参考电压误差最小的矢量作为最优电压矢量,消除了MPTC的权重系数,进一步简化系统结构。仿真与实验结果表明,提出的优化MPTC方法能够显著降低传统算法计算量,并且具有良好的控制性能。

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。

永磁同步电机模糊自适应变开关次数权重系数模型预测转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)传统模型预测转矩控制(MPTC)中逆变器开关频率较高的问题,提出将减小开关次数也作为成本函数控制目标之一,构建包括定子磁链控制、转矩控制和开关次数控制在内的多目标成本函数,通过搜索法确定了开关次数权重系数。提出自适应变权重系数控制策略:系统动态下,将开关次数权重系数设置为零,静态下,使用固定的稳态开关次数权重系数,并同时采用搜索法确定稳态开关次数权重系数。进一步提出模糊自适应变权重系数控制策略,可根据电机运行状态,采用模糊控制动态输出更合理的稳态开关次数权重系数。仿真结果表明:考虑开关次数控制的成本函数能有效减小平均开关频率。与固定权重系数的成本函数相比,自适应变权重系数的成本函数可在相同平均开关频率下降低磁链和转矩脉动。模糊自适应变权重系数的成本函数可进一步降低逆变器平均开关频率,有效抑制转矩与磁链脉动。