一种并行选择电压矢量组合的永磁同步电机直接模型预测转矩控制方法

为了实现双电压矢量在整个控制周期内的全局最优性能。提出一种并行选择电压矢量组合的永磁同步电机直接模型预测转矩控制方法,所提方法采用并行模式选择电压矢量,以确保电压矢量组合的最优性和作用时间的有效性。首先,根据永磁同步电机数学模型,采用前向欧拉法推导静止坐标系下的预测模型并给出成本函数;其次,基于无差拍控制原理,从参考定子磁链中获得参考电压矢量,定位其所在的扇区,确定候选电压矢量及其组合方式;最后,通过划分扇区的子区域,在不使用权重系数的情况下直接获得最优电压矢量组合。实验结果表明,所提方法电流纹波小、响应速度快、执行时间短。研究结果为级联控制方式保证电压矢量组合的全局最优性提供方法。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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.

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.

基于预测模型的永磁同步电机直接转矩控制

针对传统直接转矩控制方法存在的转矩脉动大和逆变器开关频率较高的问题,提出一种基于预测模型的永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制方法。建立了PMSM预测模型,实现了多步预测控制,并阐述了预测控制方法的具体实施过程,通过权重系数可调的成本函数实现不同的控制性能。试验结果验证了所提方法的有效性和可行性,与传统直接转矩控制相比,所提出的基于预测模型的直接转矩控制方法能够有效降低转矩脉动和逆变器开关频率。