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。

开绕组BLDCM直接转矩控制电压矢量特性研究

基于直接转矩控制(DTC)的开绕组无刷直流电机(BLDCM)具有运行效率高、电压矢量多样、控制结构简单等优点,适用于工业领域。根据共直流母线开绕组BLDCM控制拓扑搭建了相应的数学模型,对该拓扑下电压矢量的特性进行理论分析及分类,并将电压幅值不为零的电压矢量分为大、中、小三类。分析结果表明:在相同的运行条件下,大矢量作用下转矩变化率最大,小矢量作用下转矩变化率最小,中矢量居于两者之间。仿真结果验证了理论分析的正确性和控制方法的可行性。

基于虚拟电压矢量的永磁同步电机模型预测转矩控制

针对传统永磁同步电机有限控制集模型预测转矩控制(FCS-MPTC)中的电流波动较大,提出了一种基于虚拟电压矢量的永磁同步电机模型预测转矩控制(VFCS-MPTC),该策略扩展了候选电压矢量控制集。与传统的FCS-MPTC相比,VFCS-MPTC在保持恒定开关频率的同时,较大降低了转矩纹波和电流谐波。采用了一种新的电压矢量优化选取策略,将候选电压矢量的数量从38个减少到9个,VFCS-MPTC在不影响控制性能的情况下显著降低了计算负担。通过仿真对比验证了VFCS-MPTC的有效性。

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。

多电压矢量矩阵变换器的直接转矩控制研究

为了减小直接转矩控制(DTC)传动时的转矩脉动,实现高效、节能的交流调速系统,研究了以矩阵变换器(MC)为功率变换器的交流电动机DTC系统,阐述了MC多电压矢量控制策略。通过合理使用长、短、零电压矢量,减小了转矩脉动。样机实验结果表明,该方法能明显提高DTC的低速性能,是一种较好的控制方法。

计及采样扰动抑制的电压源逆变器三矢量无模型预测电流控制方法

针对传统电压源逆变器无模型预测电流控制(model-free predictive current control,MFPCC)方法存在电流纹波大、电流梯度更新停滞以及预测性能易受采样扰动影响的问题。该文提出一种计及采样扰动的三矢量MFPCC方法。在一个控制周期应用3个基本矢量,并根据价值函数计算矢量作用时间,降低了输出电流纹波;其次,通过建立不同矢量作用下的电流梯度方程组,实现电流梯度数据的实时更新,消除了停滞现象;再次,分析采样扰动对MFPCC的影响,采用扩张状态观测器估计采样扰动以补偿预测电流控制,抑制其对输出电流的影响。最后,通过仿真和实验,对所提方法的有效性进行了验证。

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。

永磁同步电机三相矢量双选取预测转矩控制

针对永磁同步电机在占空比模型预测转矩控制下,存在计算量较大、稳态性能不够理想的问题,提出一种三相矢量双选取模型预测转矩控制方法。首先将定子磁链所在空间复平面6个扇区重新划分为3个扇区;其次,设计一种基于三相电压矢量的新型开关表,依据新型电压矢量选择表,从三相电压矢量中选择出两个有效电压矢量,再加入一个零矢量,仅进行一次占空比计算,就可输出任意幅值、相角的期望电压矢量。仿真结果表明,该策略减少了系统计算时间,有效地抑制了转矩和磁链脉动且稳态性能良好。

低电压穿越条件下并网逆变器多矢量模型预测功率控制研究

为了满足光伏电站的低电压穿越要求,需要保障在电网电压跌落时光伏电站依然能够维持并网,快速向电网提供一定的有功功率和无功功率,改善并网质量。为此提出一种多矢量模型预测功率控制方法,该方法避免了对六对基本电压矢量的重复调制,而是在每个周期中始终选择一对基本电压矢量和两个零矢量以对称方式执行调制,有效降低了网侧电流谐波含量,同时减少了计算时间,且具有固定的开关频率。此外,为了避免负责反馈信号的观测器因低电压穿越引起观测误差以及节约硬件成本,在此引入滑模观测器,并在滤波方法上加以改进,避免了对精确角频率的依赖。最后,通过仿真和试验验证了所提方法的正确性及有效性。

基于模糊控制调节电压矢量作用时间策略的永磁同步电机直接转矩控制仿真研究

讨论了永磁同步电机直接转矩控制转矩脉动问题,针对永磁同步电机直接转矩控制存在较大脉动转矩的缺点,提出了一种模糊调节电压矢量作用时间的永磁同步电机直接转矩控制策略。即在常规永磁同步电机直接转矩控制系统的基础上,根据转矩偏差和转矩偏差的变化率,模糊调节电压矢量作用时间,以减小转矩脉动。仿真结果表明基于模糊调节电压矢量作用时间策略的永磁同步电机直接转矩控制的脉动转矩大大地减小。

采用预期电压矢量调制的PMSM直接转矩控制

为了解决永磁同步电机传统直接转矩控制中存在转矩和磁链脉动大的问题,设计了基于空间电压矢量调制(SVM)策略的直接转矩控制,通过SVM产生定子的预期电压,并且采用PI控制器代替传统直接转矩控制中的滞环比较器。同时在定子磁链观测中采用基于转子位置和定子电流的定子磁链估计方法。实验结果表明,与传统直接转矩控制项相比,所提出的方法能够可靠而有效地估计定子磁链,改善了电磁转矩和定子磁链的脉动,同时减小了电流和转速波动,并具有很好的动态、静态性能。

电压矢量对直接转矩控制中电磁转矩的影响及其仿真研究

对直接转矩控制中电压矢量对电磁转矩的影响进行了详细的理论分析,指出当定子磁链幅值和磁通角变化发生矛盾时,电压矢量对电磁转矩的影响与磁通角(定、转子磁链夹角)大小及定子磁链矢量相对其所在扇区的位置均有关。仿真实验证明了理论分析的正确性,这为解决直接转矩控制的转矩脉动提供了新的思路。

两相导通无刷直流电机直接转矩控制零电压矢量特性分析

无刷直流电机(BLDCM)直接转矩控制(DTC)方法的实现最终落实到电压矢量的选择和发送上,其中零电压矢量的正确定义和使用对电机性能有着至关重要的影响。该文详细分析两相导通无刷直流电机直接转矩控制方法在反电动势非正弦、存在关断相条件下零电压矢量的定义方法,并对所得到的零电压矢量作用条件下电机电流、端电压和转矩变化规律进行理论分析。分析结果指出,零电压矢量选择不当会引起关断相续流二极管续流,从而导致关断相产生负转矩,影响电机性能,背离了两相导通的控制初衷。该文提出一种基于零电压矢量的改进控制方法,根据所提出的新电压矢量选择表,通过合理选择零电压矢量能够有效避免关断相产生转矩,进而改善电机控制性能。实验结果验证了理论分析的正确性以及所提控制方法的有效性。

用空间电压矢量调制异步电动机的直接转矩控制

为了减小基本直接转矩控制(Basic-DTC)的转矩和磁链脉动,采用空间电压矢量调制(SVM)与直接转矩控制相结合(SVM-DTC)的方法。从直接转矩控制的基本原理出发,引入SVM方法,详细给出了一种改进型基于磁链矢量偏差法的异步电动机SVM-DTC的分析与实现过程,同时给出了修正的应用于SVM-DTC的磁链观测方法。仿真研究表明,与Basic-DTC方法相比,该方法除了能使转矩和磁链脉动大为减小外,还具有与传统直接转矩控制一样好的动态性能。最后,给出了SVM-DTC与Basic-DTC的实验对比结果,证明了该方法的有效性。

基于区域电压矢量表的交流异步电动机直接转矩预测控制策略研究

对传统的交流异步电动机直接转矩控制产生的转矩脉动进行了详细分析,并在此基础上提出了新型的转矩和磁链区域电压矢量表以改进系统性能。之后又在区域电压矢量表的基础上,进一步提出了两种转矩和磁链预测直接转矩控制策略来减小低速转矩脉动,提高系统的稳态性能。最后通过仿真和实验验证了所提出的算法的实用性和优越性。

基于参考磁链电压空间矢量调制策略的永磁同步电机直接转矩控制研究

设计了基于参考磁链电压空间矢量调制策略的永磁同步电动机直接转矩控制,用PI调节器取代了常规直接转矩控制系统中的开关表和滞环控制器,在每一控制周期计算出参考磁链和估计磁链的偏差,选择相邻非零矢量和零矢量并精确计算出其作用时间。仿真结果表明,与常规永磁同步电机直接转矩控制相比,基于参考磁链电压空间矢量调制策略永磁同步电机直接转矩控制转矩脉动显著减小;转矩和转速动态响应更快;具有更好的动、静态性能。

基于空间电压矢量细分和调制的永磁同步电机直接转矩控制

研究了一种新型的永磁同步电机直接转矩控制方案。分析了由于空间电压矢量的非连续性导致的转矩脉动。综合利用空间电压矢量细分技术和空间电压矢量调制技术,产生新的空间电压矢量,将其应用于永磁同步电机的直接转矩控制,抑制了由于空间电压矢量非连续性导致的转矩脉动。仿真结果验证了理论分析。

基于扩展卡尔曼滤波器和空间电压矢量调制的永磁同步电机直接转矩控制

针对传统直接转矩控制中存在磁链和转矩脉动较大,以及速度传感器的使用降低了系统可靠性、增加了系统成本等问题,分析了空间电压矢量调制的实现方式。根据当前预期电压矢量获得基本电压空间矢量的优化组合,对转矩和磁链偏差进行精确补偿,同时保证逆变器开关频率恒定。基于扩展卡尔曼滤波器同时进行定子磁链和转速观测,提高了磁链观测精度,实现了表面式永磁同步电机空间电压矢量调制直接转矩控制,保持了直接转矩控制转矩响应快和系统鲁棒性强的优点,降低了磁链和转矩脉动。仿真和实验结果验证了所提方法的可行性和有效性。

基于电压空间矢量的电动汽车电驱动系统高效快转矩响应控制

针对电动汽车异步电动机电驱动系统效率优化控制引起动态响应速度下降的问题,提出一种用于动态过程的快速转矩响应控制策略。该方法充分利用目前电动汽车电驱动系统中应用广泛的矢量控制方案中已有的转子磁链和电磁转矩信号,结合直接转矩控制思想,在动态过程中通过选择适当的电压空间矢量,提高转子磁链和转矩响应速度。该方案突破了转子磁场响应慢的制约,使动态过程中电动机的电磁转矩迅速增大。实验结果表明,系统动态响应性能得到明显改善,该高效快转矩响应控制策略具有调节时间短、动态响应快的优点。