离散集模型预测控制在电力电子装置中的应用

电力电子装置是一类混成系统,设计控制器时必须考虑这一特性。离散集模型预测控制(FCS-MPC)可以很好地将离散信号与连续信号通过相应的模型相连接,研究电力电子装置的离散集模型预测控制是对常规控制的补充,具有重大意义。本文为三相电压型电力电子变换器设计了离散集模型预测控制器。首先,建立了控制变量的矢量预测模型,旨在简单直观实现变换器非线性控制的同时提高其响应速度。其次,选取复数域电流矢量信号为基础设计目标函数,在省略坐标变换的同时避免了过电流的问题。最后,针对离散集模型预测控制计算量大的问题,建立了相邻矢量选取原则,大大减少了计算量。仿真结果表明,电力电子装置的离散集模型预测控制可以提高其动态响应速度,建立的相邻矢量选取原则在保证输出电流质量的前提下,大大减少了控制器计算量,为硬件实现奠定了基础。

基于有限集模型预测控制的无刷直流电机转矩波动抑制

针对无刷直流电机(BLDCM)在六脉冲驱动方式下存在较大换相转矩波动的问题,设计了一种基于有限集模型预测控制(FCS-MPC)的转矩波动抑制算法。首先,预测电机换相时非换相相电流的特征。然后,通过价值函数选择出最佳的驱动电路开关管导通状态,抑制非换相相电流的波动。实验结果为,使用本文所设计的转矩波动抑制算法时,电机在高速运行时的转矩波动偏差比为4.04%,低速运行时的转矩波动偏差比为0.88%。实验结果表明,无论电机处于高速运行还是低速运行,所设计的算法都具有良好的换相转矩波动抑制效果。

准Z源逆变器自适应级联模型预测控制

针对准Z源逆变器(qZSI)系统中有限集模型预测控制(FCS-MPC)策略存在权重系数调整繁琐和控制性能依赖于准确模型参数的问题,提出一种适用于qZSI的自适应级联模型预测控制(AS-MPC)策略。该策略根据被控对象的优先级,依次计算各自对应的代价函数,从而消除了权重系数。同时,针对负载电气参数摄动,将其当做系统总扰动,用自适应方法进行估计并更新控制律,因此所提策略无需依赖准确负载电气参数,从而提高了系统对负载电气参数摄动的鲁棒性。实验结果表明,AS-MPC策略无需设计权重系数,结构简单,且电感电流、电容电压和输出电流控制性能优异,输出电流谐波小,动态响应快,对参数摄动鲁棒性强。

应用滑模控制的四开关逆变器PMSM系统FCS-MPC策略

为了提高三相四开关逆变器永磁同步电机(PMSM)控制系统的性能,采用滑模控制方法,提出一种有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)策略,并设计可以无抖振、单调收敛的滑模转速调节器.所设计的控制系统能够保证PMSM系统可靠稳定地运行,可抑制PMSM的电磁转矩脉动,改善三相定子电流波形效果,具备良好的转速跟随性能.仿真结果表明,与常规FCS-MPC方法相比,滑模转速调节器可以使电机加载时的转速跌落更小,并且转速能够更快恢复至参考值.所提出的FCS-MPC策略可以明显减小PMSM转矩脉动,降低三相定子电流总谐波失真(THD)值.当系统参数发生变化时,PMSM系统仍可平稳运行,三相定子电流能够保持良好的平衡性.

FCS-MPC在HAPF无功补偿控制中抑制谐振的研究

针对有源滤波器(APF)在无功补偿过程出现谐振的问题,为提高动态无功补偿中使用的控制算法的动态响应能力,提出一种新的基于有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)的动态无功补偿策略。该策略是基于LCL滤波器方程的模型来预测系统状态并优化控制,同时采用多变量结构控制和自适应陷波滤波器来抑制共振,跟踪负载无功功率的波动和突变,提升HAPF的动态响应能力。并通过仿真和实际结果证明了FCS-MPC在HAPF无功控制中的可行性,设备的动态响应明显提高。结果表明,FCS-MPC在HAPF无功控制中可以快速跟踪负载无功功率变化,有效抑制APF中出现的谐振且系统的动态响应能力明显提升。