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。

基于分数阶滑模控制的光伏并网模型预测直接功率控制

针对外界扰动情况下的光伏并网模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,MPDPC)系统中存在系统抖振、功率跟踪速度慢、并网电流总谐波失真率较高等问题,提出一种改进分数阶滑模电压控制器,该策略在直流侧母线电压外环采用了分数阶微积分理论.首先,构造分数阶非奇异快速终端滑模面函数,削弱系统抖振,提高系统动态性能;然后,构造分数阶双幂次指数趋近律,引入加权积分型增益和饱和函数,有效避免系统在非滑动模态阶段时切换增益的增大,提高系统控制精度;最后,设计新型分数阶电压环控制器并运用于光伏并网系统中.研究结果表明,改进后的分数阶滑模电压控制器能够满足光伏并网MPDPC系统的各项基本需求,抑制系统抖振,提高功率跟踪性能,降低并网电流总谐波失真率,有效解决可再生能源和公共电网电能转化的关键难题,对光伏并网系统高性能控制的理论研究具有重要意义.

基于三矢量的PWM整流器改进模型预测直接功率控制方法

为解决传统模型预测直接功率控制存在的开关频率不恒定、计算量大、共模电压大问题,设计了一种三矢量模型预测直接功率控制方法。该方法通过在单个控制周期内输出三个不同电压矢量,克服了传统方法因连续多个周期输出相同电压矢量造成的开关频率不恒定问题;同时,在两相静止坐标系中,通过优化空间电压矢量图划分方法,采用两个代价函数确定电网电压矢量所在扇区,将算法的遍历次数从27次降至10次,克服了传统方法计算量大的问题;此外,通过去除两个冗余零矢量PPP与NNN,将共模电压抑制在Udc/3以内。最后搭建了5kW实验样机进行实验验证,仿真与实验结果表明,该方法可以有效降低计算量,输出谐波和共模电压抑制效果优于传统方法。

不平衡电压下的DFIG模型预测直接功率控制

为提高双馈风力发电机在不平衡电网电压工况下的运行性能,提出一种扩张状态观测器与模型预测控制相结合的直接功率控制策略。首先,采用扩张状态观测器对系统中因负序分量引起的不确定项、模型误差及外部扰动等不确定因素进行参数估计。然后,结合模型预测控制理论建立双馈风力发电机模型预测直接功率控制数学模型。最后,针对不平衡电网电压下的功率振荡分量讨论功率优化补偿方案。仿真结果验证了所提方法的有效性。

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。

基于三矢量的并网逆变器模型预测直接功率控制

并网逆变器采用双矢量模型预测直接功率控制策略时,存在输出电压矢量覆盖范围受限、并网电流谐波含量高、功率脉动大的问题。对此,提出了一种基于三矢量的并网逆变器模型预测直接功率控制策略,通过构建αβ坐标系下预测功率模型,在每个控制周期进行2次电压矢量选择,用相邻2个非零电压矢量和1个零电压矢量合成出期望电压矢量,使输出电压矢量方向与幅值均可调,同时对有功功率和无功功率进行无差拍控制,有效改善并网电能质量及减小功率脉动,并通过空间矢量脉冲宽度调制使开关频率固定。仿真和实验结果表明,相比单、双矢量模型预测直接功率控制策略,所提方法并网电流谐波含量低、功率脉动小,具有良好的动稳态性能。

基于无电网电压传感器的Vienna整流器滑模模型预测控制

Vienna整流器的控制系统设计与电网电压参数密不可分,然而,传统的电压传感器增加了系统的成本和复杂性.针对此问题,提出一种Vienna整流器无电网电压传感器模型预测控制策略.通过建立Vienna整流器虚拟磁通数学模型来估计电网电压,利用二阶低通滤波器消除了积分初值和直流偏置问题,进而提高观测效果.其次,结合模型预测直接功率控制(DPMPC),以功率跟踪误差最小为目标得到三桥臂的开关序列.实验结果表明,所提出的控制策略谐波含量低,电压能准确跟踪给定值,具有良好的稳态和动态性能.

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%。

模型预测直接功率控制光伏储能双向DC-DC变换器研究

光伏储能系统中广泛应用双向DC-DC变换器,良好的动态响应性能是电路高效稳定工作的关键。为了减小处理器的计算量,优化变换器动态性能,提出了一种模型预测直接功率控制方法。分析双向DC-DC变换器工作原理,建立了直接功率控制代价函数,使得预测的功率直接跟踪给定参考功率。直接功率控制避免了代价函数中多目标优化权重的选择,使得处理器的计算过程更加简化。仿真和实验测试验证了提出的模型预测直接功率控制的良好稳态性能,且相比于传统的PI控制具有更快的响应速度和更小的超调量。

基于LS-SVM的非线性系统直接逆模型控制

针对非线性系统逆模型建立难的问题,提出了基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)的非线性系统逆模型辨识建模的方法,在此基础上,提出了基于LS-SVM的非线性系统直接逆模型控制的方法。仿真试验结果表明,采用LS-SVM建立的非线性系统逆模型具有很高的建模精度和较强的泛化能力,基于LS-SVM的直接逆模型控制方法的控制效果好,简单易行,从而验证了这两种方法的有效性和先进性。

基于双矢量模型预测直接功率控制的双馈电机并网及发电

模型预测直接功率控制(MPDPC)以其原理简单、动态响应快和控制目标灵活等优点在并网变换器控制中得到了广泛关注。它利用系统模型来预测下一时刻的有功功率和无功功率,通过枚举比较得到使给定功率和反馈功率之间误差最小的电压矢量,相比传统的基于矢量表的直接功率控制具有更好的动态和稳态性能。为了进一步提高稳态性能并降低采样频率,提出一种基于双矢量的改进模型预测直接功率控制,即把一个控制周期分配给一个非零矢量和一个零矢量,通过优化非零矢量的作用时间来进一步减小功率脉动。通过合理安排矢量作用顺序甚至可以获得比传统MPDPC更低的开关频率而且稳态性能更好。在15 k W双馈风力发电系统上的仿真结果表明,相比传统MPDPC,所提出的双矢量MPDPC能够以更低的采样频率实现快速平滑的并网同步和灵活的有功、无功控制,并且开关频率更低,具有较大的实用价值。

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。

电压型PWM整流器模型预测直接功率控制

对电压型PWM整流器进行了数学建模,然后在两相静止坐标系下建立了预测功率模型,在此基础上提出了优化的模型预测直接功率控制(model predictive direct power control,MPDPC)策略。该方法用电网电压矢量作为基本控制矢量,利用功率预测模型和功率误差最小原则,得出目标控制电压矢量公式,结合空间矢量脉宽调制实现模型预测功率控制。同时针对实际系统中的一步延迟设计了延时补偿方案。此外,在系统中引入重复控制对每个采样周期系统的有功、无功功率进行优化。仿真和实验验证了表明所提出的方法的可行性。

基于虚拟磁链的PWM整流器模型预测直接功率控制

为了省去基于虚拟磁链定向的传统直接功率控制(DPC)中的滞环比较器和开关表以及基于电压定向的传统模型预测直接功率控制(MPDPC)中的交流电压传感器,提高系统的动态响应,实现功率的准确跟踪,在二者的基础上结合空间矢量脉宽调制(SVPWM),再引入延时补偿和重复控制,在两相静止坐标系下,以电网电压作为基本控制矢量,利用功率给定值与实测值的误差平方和最小建立目标函数,提出一种基于虚拟磁链的电压型PWM整流器的改进MPDPC方法。将传统DPC、传统MPDPC与改进MPDPC进行了仿真和实验对比研究。仿真和实验结果表明,所提改进MPDPC方法提高了功率跟踪精度,减小了功率纹波,降低了电流谐波畸变率。

异步电机模型预测三电平直接电流控制

三电平逆变器为控制系统提供了更多的电压矢量,相对于传统两电平逆变器能够使得直接电流跟踪控制变得更加精确,能进一步减小电流纹波。但是三电平逆变器存在中点电压平衡问题,如果不对中点电压进行控制会使得电机无法正常工作,同时在大容量三电平逆变器中一般需要其降低开关频率。因此,提出一种具有中点电压平衡和降低开关频率功能的模型预测直接电流控制方案:通过对中点电压进行预测控制,在模型预测直接电流控制的价值函数中加入开关切换次数的约束,能将中点电压有效控制在给定的范围内,并同时实现逆变器开关频率的降低;针对控制延时导致定子电流在参考值附近振荡并增加电流纹波和转矩脉动,采用延时补偿提高控制系统性能。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性和可行性。

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。

重复控制在模型预测直接功率控制中的应用

为了实现模型预测直接功率控制中对功率的准确跟踪,将重复控制应用在三相电压源型PWM整流器的模型预测中。在两相静止坐标系下,基于虚拟磁链定向,通过空间矢量脉宽调制实现开关频率的恒定。利用功率给定值与实测值的误差平方和最小构建目标函数,选出使系统运行于最优状态的控制电压矢量。通过重复控制将每一个控制周期的误差输入信号进行累加来反馈修正,从而实现功率实测值对功率参考值的准确无误跟踪,达到消除静差的目的。仿真和实验验证了该方法的可行性。

混合的直接型模型参考自适应控制(英文)

本文研究了具有混合自适应律的直接型模型参考自适应控制 .对这种混合的MRAC方案 ,我们严格地证明了闭环系统的所有信号都有界 ,同时得到了跟踪误差满足e1 ∈S(μ2 (Δ2 +Δ2 ∞) +d20 +1/a20 ) .同文献 [1]的控制方案相比 ,这种具有混合自适应律的直接型模型参考自适应控制具有如下优点 :1)实现过程中计算量大大减小 ;2 )具有更好的鲁棒性 .

光伏并网逆变有限状态模型预测直接功率控制

针对并网逆变器传统直接功率控制存在开关频率不固定、输出滤波器复杂和采样频率高等问题,在构建光伏并网逆变器有限状态直接功率控制的预测模型的基础上,提出一种光伏并网逆变器的有限状态模型预测直接功率控制方法。对系统输出有功和无功进行预测,根据代价函数,选择使输出功率脉动最小的电压矢量并作用于下一采样周期。此外,对系统进行一拍延时补偿,并实现功率的动态调节。仿真和实验验证了所提方法的有效性。

变系数降频模型预测直接功率控制

模型预测直接功率控制是三相并网逆变器有效的控制策略之一,但是为了维持稳定快速的功率跟踪,通常需要一个较高的采样频率,造成不必要的开关损耗。定系数降频控制策略可以有效地降低开关动作次数,但是不方便确定合适的开关函数系数,且降低了系统性能。变系数降频控制策略可以同时实现稳定的功率跟踪和开关频率降低。仿真和实验结果显示,与定系数降频控制策略相比,变系数策略具有更优越的特性。