多变运行工况下混合励磁轴向磁场永磁电机自适应模型预测电流控制

针对多变运行工况下混合励磁轴向磁场永磁(hybrid excited axial field permanent magnet,HE-AFPM)电机中电励磁磁场与电枢磁场之间矢量耦合、端部漏磁等导致的电机参数非线性变化问题,该文提出一种混合励磁轴向磁场永磁电机自适应模型预测电流控制方法。详细分析HE-AFPM电机拓扑结构及参数变化特性;引入多矢量模型预测电流控制,理论推导分析HE-AFPM电机参数对控制系统的敏感性。在此基础上,将多矢量预测模型作为自适应控制的可调模型,降低了控制算法的复杂度和控制系统的计算负荷,提高了控制系统响应速度;依据波波夫(Popov)超稳定理论,引入3个不等式稳定判据设计各参数的自适应律,可实现多变运行工况下的HE-AFPM电机磁链、自感、互感等参数的有效识别,提高了控制模型的准确性和电流跟踪性能。最后,通过实验验证所提出的自适应模型预测电流控制的有效性。

基于自适应模型预测的物伞系统速度跟踪控制

针对空投易碎易爆物品无速度跟踪及速度波动大的问题,提出自适应模型预测控制(model predictive control,MPC)方法对物伞系统速度进行控制跟踪。以线性离散化物伞系统动力学模型为基础,通过迭代法构建速度跟踪预测模型,依据实际需求设计目标函数及约束条件,在自适应MPC控制器内进行优化求解;引入卡尔曼滤波作为状态估计器,让系统具备对自身状态量变化的感知,提供估计状态量给控制器,实现系统整体反馈校正。开展无风条件和有风条件下自适应MPC控制的物伞系统速度跟踪性能研究,结果表明,此控制方法能够实现对期望速度的良好跟踪;在随机扰动下进行物伞系统速度跟踪控制鲁棒性研究,对比分析了自适应MPC方法和PID控制方法的速度跟踪性能,结果表明,自适应MPC控制的物伞系统速度振荡小于PID控制,其具有较强的抗非线性扰动能力,为实现物伞系统速度控制提供了新方法。

基于参数自适应随机模型预测控制的风光氢耦合系统功率调控策略

针对风光氢耦合系统源荷两侧不确定性对其系统功率平衡造成的影响,提出了一种基于场景分析法的参数自适应随机模型预测控制功率调控策略。根据风光氢耦合系统的能源供给架构建立了描述其动态特性的线性离散状态空间模型;通过场景分析法对系统不确定性进行描述,作为参数自适应随机模型预测控制的输入;在设计的参数自适应随机模型预测控制优化框架下,计及延长系统设备生命周期的目标进行优化。针对随机模型预测控制在优化过程中预测时域和控制时域固定不变的缺陷,提出参数自适应方法以获取更好的优化效果。结果表明:在优化系统功率平衡方面,所提控制策略相较于随机模型预测控制提高了6.25百分点;在减少可控设备大功率运行方面,所提策略相较于常规模型预测控制降低了60%,验证了所提策略能够有效解决风光氢耦合系统源荷两侧的不确定性。

永磁同步电机无模型自适应滑模补偿预测控制

针对在永磁同步电机矢量控制系统中应用模型预测控制方法设计控制器时依赖电机数学模型参数,当电机运行过程中参数变化时,引起控制器参数与电机参数失配,导致系统控制性能降低。提出一种无模型自适应预测控制方法,利用系统输入输出数据和时变的伪偏导数建立预测模型;又由于无模型自适应预测控制方法没有反馈校正环节,易受外部扰动的影响,设计一种新型高阶滑模补偿器作为校正部分,以提高控制系统的鲁棒性且抑制滑模自身的抖振,最后MATLAB仿真验证了无模型自适应高阶滑模补偿预测控制方法的优越性。

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。

热风洞温度系统的无模型自适应级联控制

热风洞能够为高温热电偶动态标定和航空发动机叶片热强度测试等应用场景提供均匀且稳定的温度场,如何对热风洞所产生的热气流进行宽温范围的温度控制是一个难点。为此,建立了热风洞燃油流量和燃烧室温度的数学模型;设计了一种内环为增量式比例积分微分(PID)和外环为无模型自适应控制(MFAC)的级联控制方法,增量式PID控制器控制燃油流量,MFAC控制器控制燃烧室温度,实现了对燃烧室温度的有效控制;进行了不同目标温度的数值模拟和试验研究,并与FuzzyPID-PID级联控制方案和传统的级联PID控制方案进行了对比测试。试验结果确认了所提控制方案的可行性与优越性。

基于SSA优化的永磁同步电机级联模型预测控制研究

针对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor)使用传统PI控制鲁棒性差和动态响应慢,以及传统有限集电流预测控制方法控制稳定性差和电流脉动较大的问题,提出了基于麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)优化的级联模型预测控制方法。首先,将速度外环采用模型预测速度控制器,利用麻雀搜索算法来在线整定控制器参数,该方法可以快速找到最优的控制器参数,使其更加准确地控制电机运转;其次,电流内环采用最优占空比模型预测电流控制器,使得电流脉动减小;最后,通过仿真对比实验结果表明所提出的控制方法显著地降低了超调量,快速响应性能更好、抗干扰能力更优,同时可以有效抑制电流脉动,证明了所提方法的合理性和有效性。

基于改进模型预测的并网变换器自适应虚拟惯性控制策略研究

针对低惯性直流微电网中母线电压易受网内功率波动影响的问题,提出了一种基于改进模型预测的直流微电网并网变换器自适应虚拟惯性控制策略。首先,电压外环引入自适应类虚拟同步发电机控制,通过将控制方程中的虚拟惯性参数与电压变化率结合起来,实现虚拟惯性参数的灵活可调。其次,在电流内环引入模型预测控制,并采用改进延时补偿算法,实现对给定电流值快速跟踪的同时改善控制系统的动态特性。最后,基于Matlab/Simulink建立了系统模型进行仿真。结果表明,与传统的虚拟惯性控制策略相比较,所提控制策略下的直流母线电压波动幅值更小且动态性能更佳,可以有效提高直流母线电压的稳定性和直流微电网的惯性。

自适应时域模型预测控制的轨迹跟踪控制

为了提高自动驾驶车辆轨迹跟踪精度、稳定性和控制器对不同工况的自适应能力,提出了一种模糊自适应预测时域参数模型预测控制轨迹跟踪控制算法。建立车辆运动学模型与模型预测控制器,以实时车速和航向角偏差为模糊输入,通过模糊控制在线优化MPC的预测时域参数和Carsim/Simulink联合仿真,分别在沥青路面和雨雪路面对不同车速的轨迹跟踪控制仿真。仿真结果表明,车辆在沥青路面下,与固定预测时域参数MPC控制器相比,自适应时域MPC控制器纵向绝对偏差均值在低速和高速下分别降低63.16%、55.28%,有效提高了车辆轨迹跟踪精度。车辆在雨雪路面下,低速或中高速时自适应时域控制器最大质心侧偏角均在1°以内,确保车辆控制的鲁棒性。

基于模型预测控制的四足机器人面向复杂地形自适应调整算法与实现

为解决四足机器人在海上FPSO巡检过程中因海浪波动等外界因素导致机身存在不平稳的问题,实现四足机器人在有环境干扰情况下的自适应稳定行走,在利用IMU数据的基础上,设计了以模型预测控制为基础的位姿闭环控制策略。通过运动学建模及引入姿态矩阵建立机器人整体坐标系,实现机器人的位姿控制与坐标映射;由惯性测量单元(IMU)测得机器人运动时的姿态参数,通过设计的基于模型预测控制的躯干姿态闭环控制调整算法,实现了机器人在环境干扰过程中躯干姿态的自适应调整。在仿真环境、实验室环境及现场环境下,验证了所提算法的可行性和有效性。实验结果表明,所提的闭环控制策略提高了机器人在波动环境下的稳定性,实现了四足机器人的自适应姿态调整。

基于模型预测控制的松散回潮自适应控制系统

为解决松散回潮的传统控制自适应差、控制不稳定等问题。根据松散回潮机工作原理与烟叶吸湿性机理,筛选出物料入口含水率、加水量、回风温度3个关键变量,以物料出口含水率为目标值,建立预测模型,针对因模型偏差导致的控制误差,在模型预测控制的基础上,运用神经网络模型中反向传播算法,根据松散回潮生产特性优化损失函数,使预测模型在控制过程中自迭代、自适应,提高了模型的自适应速率。系统优化后,松散回潮出口水分平均标准偏差由原0.29下降至0.20,同比下降32%,平均cpk由1.132提升至1.479,同比提升30%。有效提高了松散回潮过程控制能力。

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。

LCL并网逆变器的自适应事件触发模型预测控制

LCL并网逆变器在采用基于事件触发机制的模型预测控制时,存在数控延迟及系统稳态性能易受运行工况变化影响等问题。为此,提出一种自适应事件触发的两步模型预测控制(adaptive event-triggered model predictive control with 2 steps,AET-MPC-2S)策略。首先,在模型预测控制环节中,该控制策略通过结合事件触发机制,筛选出合适的开关矢量进行两步预测;其次,AET-MPC引入自适应变量来监测系统的运行状态,对事件触发条件进行实时调节;最后,通过Matlab仿真和RT-LAB半实物平台进行验证。结果表明:AET-MPC-2S能够在实现延迟补偿的同时,减少两步预测的计算量,且不影响电流的跟踪效果,并能在运行工况发生变化后实时调节事件触发条件,使系统保持较好的稳态性能。论文研究可为降低LCL并网逆变器的开关频率以及改善系统的稳态性能提供参考。

基于无参数PMSM的自适应有限集模型预测控制

当永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)采用有限集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)时,性能易受PMSM参数变化的影响,PMSM与控制器之间的参数不匹配会严重影响预测控制的性能。因此,该文提出一种基于无参数PMSM的自适应FCS-MPC控制策略,能够准确地实现预测控制而无需了解电机参数。针对PMSM多参数在线辨识时存在的欠秩问题,利用FCS-MPC固有的开关纹波能产生持续激励的特性,采用递推最小二乘法(recursive least squares,RLS)实现多参数辨识。此外,针对采用FCS-MPC时的逆变器死区时间补偿问题,提出一种考虑死区时间矢量的合成电压矢量输出方案,进一步提高预测控制性能。最后,通过实验验证了所提方法的有效性,实验结果表明,与基于模型的常规FCS-MPC解决方案相比,所提方法能减小预测误差,并且对参数变化和模型不确定性具有非常强的鲁棒性。

基于模型预测控制的可变目标距离自适应巡航控制研究

为解决在复杂交通环境中自适应巡航系统存在旁车切入本车前方工况时,目标期望距离计算模型得到的期望相对距离与实际相对距离发生阶跃以及堵车蠕行工况,车辆与前车距离较近,拥堵路况不断启停的目标车辆的速度、加速度和相对距离持续抖动,导致的纵向加速度幅值过大带来的驾驶平顺性、舒适性和安全性问题,提出可变目标距离的自适应巡航控制算法,基于模型预测控制理论,建立离散纵向运动学预测模型,综合考虑底盘加速度响应、极限安全纵向跟车距离、车辆自身物理限制、驾驶人乘坐舒适性等优化控制目标,引入松弛因子进行在线求得可行解.在旁车不同切入工况、综合工况行驶以及堵车蠕行工况对本算法进行仿真和实车测试并利用数据对IDM算法开环实验,研究成果对比表明,考虑旁车切入的可变目标距离的自适应巡航控制算法在旁车加速切入工况中,纵向控制产生的最大冲击度为-0.25 m/s^(3),相比于IDM模型降低50%,堵车蠕行工况中纵向控制产生最大减速度为-0.3 m/s^(2),相比于IDM模型降低30%,综合工况和定速巡航工况中,算法在保持安全距离情况下可以对车辆实现稳定纵向控制,加速度幅值不超过-0.36 m/s^(2),可有效提高驾驶人的舒适性、平顺性和安全性.

考虑车辆稳定的避障路径自适应模型预测跟踪

为了提高车辆在稳定行驶前提下的避障路径跟踪控制精度,设计了自适应模型预测路径跟踪控制器和稳定控制器。根据车辆运动特性,建立了车辆在横向和横摆向共三个自由度的车辆动力学方程;基于路径跟踪控制需要,建立了预瞄跟踪控制模型。在避障路径跟踪方面,提出了预测时域随车速和路径曲率自适应变化方法;以提高避障路径跟踪精度和控制量增量最小为优化目标,将路径跟踪控制问题转化为二次型问题,实现了自适应优化求解和时域滚动控制。在车辆行驶稳定方面,从车辆状态的稳定性预判、稳定力矩的计算和分配等方面设计了稳定控制器。经仿真验证,这里的方法能够将车辆状态控制在相平面的双线法稳定区域内,实现了车辆行驶的稳定性和安全性;在避障路径跟踪方面,这里的方法的最大跟踪误差和绝对误差均值远小于传统模型预测控制、文献[14]模糊滑模控制,充分证明了这里的方法在避障路径跟踪控制中的高精度和有效性。

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。

NPC型三电平并网逆变器自适应模型预测控制

针对中点箝位NPC(neutral point clamped)型三电平并网逆变器模型预测控制中模型参数扰动导致的控制精度低的问题,研究了一种改进的自适应模型预测控制策略。通过在遍历寻优过程中迭代控制参数以估计误差最小值,识别模型参数扰动量来更新系统模型参数,同时对控制集的作用区域进行优化,并结合两步预测法来减小遍历寻优过程的计算量。通过仿真对所提方法进行了验证,结果表明该方法提高了系统的控制精度和响应速度。

基于改进粒子群寻优的数据中心精密空调无模型自适应预测控制

为实现数据中心热通道温度的精确控制,减少由于温度控制方式粗放造成的能源浪费,提出一种基于改进粒子群寻优(improved particle swarm optimization, IPSO)算法的数据中心精密空调无模型自适应预测控制(model free adaptive predictive control, MFAPC)方法.首先,考虑到MFAPC控制器参数空间大以及数据中心被控系统的动态复杂性,对粒子群寻优(particle swarm optimization, PSO)算法的惯性权值进行变权改进,从而提高PSO算法的前期探索和后期挖掘能力,最终获得最优控制器参数.然后,由于数据中心存在冷通道温度和风量的限制,因此将控制量约束问题转化为二次规划约束问题,并利用IPSO算法实现MFAPC控制器的每一控制步参数最优化,使得MFAPC输出的每一步控制量都是当前系统状态下的最优控制量.最后,基于北京市某数据中心现场数据,通过控制数据中心机房热通道温度预测模型对所提方法进行验证.带控制量约束IPSO-MFAPC方法在总体控制误差、超调量、快速性上都极大地优于MFAPC控制器.结果表明该文所提IPSO-MFAPC方法能够实现数据中心的热通道温度精确控制.

地形跟随中航迹跟踪模型预测控制方案设计

针对地形跟随飞行中的航迹跟踪问题,设计了航迹跟踪模型预测控制器,并讨论了模型预测控制中时域参数切换的自适应方案设计。首先,结合被控对象的特点,设计了用于实现全局稳定跟踪参考航迹的模型预测航迹控制器,并对控制器展开了稳定性分析。然后,充分发挥模型预测控制的预测能力,进行了航迹跟踪方法和综合误差评价策略设计。同时,通过分析不同航迹段的跟踪需求,设计了自适应调整模型预测控制中时域参数的优化方案。仿真验证结果表明,自适应方案相比固定时域方案航迹跟踪精度更高、飞行颠簸小、稳定性好,预设的评价指标函数能有效评估跟踪性能。