基于矩阵变换器的异步电机直接转矩控制研究

为了降低谐波污染,实现异步电动机的高性能控制,提出了一种基于矩阵变换器(Matrix Converter,简称MC)供电的异步电动机器直接转矩控制(DTC)系统和控制方法。基于电机控制专用DSP芯片TMS320LF2812A研发了一套矩阵变换器的交流电动机DTC试验系统。实验得到了较为理想的结果,验证了其可行性。

基于无差拍预测算法的双向隔离型AC-DC矩阵变换器高动态电流控制策略

针对双向隔离型AC-DC矩阵变换器采用传统双闭环控制策略存在的控制参数多、整定困难等问题,提出了一种基于无差拍预测算法的高动态电流控制策略,通过引入无差拍预测算法对网侧电流进行控制,以减少控制器参数,消除数字控制时延。考虑到算法中电压电流检测量众多,故采用输入电压观测器以降低检测成本,减小采样误差的影响。变换器采用后级单重移相的调制方法来协调配合无差拍预测算法,其中参考输入电流指令与移相角为双射函数关系,简单易实现。仿真和实验结果表明:采用所提控制策略可以实现网侧电流正弦,功率因数接近于1;直流侧电压稳定,电流纹波率小于1%;直流电流在参考值突变时,跟踪快速且无超调、无振荡;同时,在变换器功率正向传输、反向传输以及正反向切换过程中,采用所提控制策略相比于传统的双闭环控制策略,电流动态调节时间分别缩短了69%、85%、67%。由此证明所提控制策略可以保证变换器良好的输入输出性能,并且相比于传统的双闭环控制策略在切换过程中动态性能得到显著提升。

不平衡电网下AC-DC矩阵变换器的新型模型预测控制

为降低AC-DC矩阵变换器在输入不平衡条件下网侧有功功率波动,以及离散型模型预测控制中开关频率不固定的问题,提出一种新型模型预测控制方法。通过根据电网电流相位角选择有效矢量,避免了传统模型预测控制评估价值函数计算的负担。提出了一种二阶扩展复数卡尔曼滤波器,计算精度可以达到泰勒级数展开的二阶项,新型模型预测控制能够在不平衡电网系统中应用。仿真结果表明:所提控制策略在输入电压不平衡工况下,能够有效抑制网侧电流谐波,稳定系统输出的有功功率,并且表现出良好的性能。

高频链矩阵变换器直接功率反步控制策略

针对高频链矩阵变换器(HFLMC)电路前后级耦合导致系统动态性能和鲁棒性降低的问题,提出一种基于直接功率的非线性反步控制策略(BS-DPC)。首先,建立HFLMC非线性数学模型和有功、无功功率动态模型,分析双极性电流空间矢量调制策略;然后,在考虑系统不确定性情况下引入2个解耦控制分量,设计直流输出电流和无功功率反步控制器,实现电池不同工况下输出电流参考值的快速跟踪控制;最后,根据李雅普诺夫稳定性理论证明HFLMC闭环系统全局渐进稳定性,并对比传统PI直接功率控制和BS-DPC策略。仿真和实验结果表明,所提BS-DPC策略控制HFLMC提高了输出电流的动态性能和电网波动及直流滤波电感变化下的鲁棒性,响应时间减少了约78%,网侧THD降低了0.98%。

间接矩阵变换器-双异步电机调速系统的模型预测控制权重因数整定

间接矩阵变换器-双异步电机调速系统结构复杂,传统模型预测电压控制中权重因数整定困难。该文提出一种基于层次分析评估的权重因数整定方法,通过对物理量纲、双电机、网侧与电机侧统合将权重因数数量减少至1个,并引入层次分析评估法来实时调整权重因数以满足各种工况的要求,使系统在宽运行范围、多功率流模态下均具有良好的网侧电能质量与电机调速性能。通过仿真和实验证明,采用该文提出的方法,可保证在多种工况下网侧功率因数接近1,网侧电流正弦,电机定子电流畸变小、电机动态调速性能良好。而且,相比于传统的简化模型预测电压控制方法,该文所提出的方法权重因数整定简单易实现,网侧电流质量更好。

矩阵变换器直接转矩控制系统的电网故障跨越能力

矩阵变换器由于其自身结构的特殊性,易受输入侧电源异常的影响。针对电网对地短路的情况,建立电网故障下的系统等效数学模型。提出一种新的开关控制策略,通过分时赋值9组双向开关的控制信号来确保矩阵变换器安全度过电网故障期。利用Matlab/Simulink来模拟矩阵变换器直接转矩控制系统在电网正常和电网故障情况下的工作状态,编写基于C语言的DSP程序和VHDL语言的FPGA程序来实现提出的控制策略。最后,设计出一套高度集成的矩阵变换器实验装置,通过实验平台验证提出的开关控制策略。仿真和实验结果表明了所提控制策略的正确性,验证了设计的矩阵变换器直接转矩控制硬件和软件系统具有电网故障跨越的能力。

采用直接转矩控制的矩阵式变换器的仿真

为提高交流调速系统的性能,并且减小对电网的污染,提出了一种将矩阵式变换器与直接转矩控制相结合的组合控制策略.该策略先将矩阵式变换器等效成整流器和逆变器的组合,然后在逆变侧进行直接转矩控制,在整流侧进行电流空间矢量调制,最后将两侧的策略进行综合,并转化成矩阵式变换器9个开关的控制信号.按这种策略进行控制的矩阵式变换器,既可实现对异步电机进行动态性能优良的直接转矩控制,又可获得良好的输入电流波形以及可调的功率因数.仿真结果表明,文中提出的策略不仅可行,而且系统性能优良.

矩阵变换器与直接转矩控制融合仿真研究

提出了一种适用于矩阵变换器供电的异步电动机调速系统的组合控制策略,同时实现了矩阵式变换器的空间矢量调制和异步电动机的定子磁场定向直接转矩控制.该控制策略将矩阵式变换器的优点和直接转矩控制的优点结合起来,实现了异步电动机的高性能控制,提高交流调速性能并满足节能要求.仿真结果表明:使用该控制策略的调速系统在加减速运行和负载转矩变化等场合均具有良好的动态性能.

空间矢量调制矩阵变换器驱动的异步电机直接转矩控制系统(英文)

矩阵变换器较传统的变换器具有一系列优点而成为研究热点,随着其理论研究的接近成熟,逐渐转向应用研究.提出了一种新颖控制策略.通过磁链和转矩的PI调节,把矩阵变换器的空间矢量调制与异步电机的直接转矩控制有机地结合起来,改进了系统的控制性能,尤其是电磁转矩的低速性能.这种PI调节器相对简单和具有较强的鲁棒性,比较无差拍空间矢量调制而言.本文首先阐述了传统的直接转矩控制原理和矩阵变换器的空间矢量调制,接着利用磁链和转矩的PI调节,详细论述了两者的结合和实现过程,并且在此基础上,建立这种新型交流调速系统的仿真模型,最后按照3种负载情况进行了仿真研究.仿真结果验证了这种新颖控制策略的可行性和较强的鲁棒性.

矩阵式变换器电机系统直接转矩控制新方法

在高、中、低电压矢量对矩阵式变换器电机系统直接转矩控制性能影响的基础上,提出了一种新颖的矩阵式变换器电机系统直接转矩控制方法。仿真结果表明该方法结合了高电压矢量动态性能好和中电压矢量正向转矩脉动小的优点,并减小了直接转矩控制失效引起的负向转矩脉动,是矩阵式变换器电机系统理想的控制方法。

基于磁场定向的矩阵变换器驱动感应电机变结构直接转矩控制

提出一种新型的基于磁场定向的矩阵变换器驱动感应电机直接转矩控制方法,将滑模变结构控制策略引入矩阵变换器驱动感应电机直接转矩控制中,以代替传统方法中的转矩和磁链滞环比较器,并结合矩阵变换器空间矢量调制方法,实现矩阵变换器开关频率恒定。实验结果表明,通过使用转矩和定子磁链2个滑模变结构控制器并结合矩阵变换器直接空间矢量调制,既可以保留传统矩阵变换器驱动感应电机直接转矩控制转矩快速响应的特点,又可以保证开关频率恒定和减小转矩脉动,有效地改善了系统的动静态性能。

基于预测算法和变结构的矩阵变换器驱动感应电机无差拍直接转矩控制

提出一种新型的基于预测算法和变结构的矩阵变换器驱动感应电机无差拍直接转矩控制方法,变结构控制器产生负载角度变化值,并与定子磁链给定值送入基于预测算法的无差拍直接转矩控制器中,得到预测定子控制电压矢量,结合矩阵变换器双空间矢量调制方法,实现矩阵变换器开关频率恒定,并有效地减小了转矩脉动。实验结果表明,通过使用该方法,既可以保留传统矩阵变换器驱动感应电机直接转矩控制转矩快速响应的特点,又可以保证开关频率恒定和减小转矩脉动,有效地改善了系统的动静态性能。

基于矩阵变换器的异步电机直接转矩控制

在最近几年,矩阵变换器受到广泛的关注,但主要集中在矩阵变换器本身的研究。提出了一种适用于矩阵变换器供电的异步电动机调速系统的组合控制策略,同时实现了矩阵式变换器的空间矢量调制和异步电动机的定子磁场定向直接转矩控制。该控制策略将矩阵式变换器的良好性能和直接转矩控制的优点结合起来,实现了异步电动机的高性能控制,提高交流调速性能并满足节能要求。仿真结果表明:使用该控制策略的调速系统在加减速运行和负载转矩变化等场合均具有良好的动态性能。

基于双级矩阵变换器的直接转矩控制系统

研究了基于双级矩阵变换器的异步电机直接转矩控制策略。传统的直接转矩控制(Direct Torque Control,简称DTC)算法直接施加在双级矩阵变换器的逆变级,而在整流级使用空间矢量调制的方法。在此设计了一种特殊的换流策略,即在整流级换流前后,在逆变级插入零开关状态,保证了整流级的零电流换流特性。该方法结合了DTC和双级矩阵变换器的优点。设计并实现了实验样机系统,实验结果验证了该控制策略的可行性和有效性。

基于矩阵变换器的异步电机直接转矩预测控制

针对传统矩阵变换器(Matrix Converter,简称MC)中异步电机直接转矩控制(Direct Torque Control,简称DTC)系统的矢量开关表设计复杂,开关频率不固定的缺点,引入预测DTC策略。通过定子磁链误差和转矩误差计算出定子电压矢量控制指令,使该误差在下一周期趋于零,然后利用MC空间矢量调制技术合成该矢量,以实现对MC的控制。建立了基于预测控制的实验系统,并与矢量控制进行了比较实验,结果表明将预测DTC应用到MC供电的调速系统中是可行的,既保持了DTC控制的快速响应特性,又有与矢量控制相同甚至更优的低频稳态运行性能。

矩阵变换器驱动感应电机转矩和转子磁链控制

提出了一种新型的基于感应电机状态方程的矩阵变换器驱动感应电机直接转矩和转子磁链控制方法,将传统直接转矩中的定子磁链控制替换为转子磁链控制,可以得到比传统直接转矩更高的输出转矩。将滑模变结构控制策略引入到矩阵变换器驱动感应电机直接转矩和转子磁链控制中,设计了基于加速度型趋近律的控制律,并直接在静止坐标系下进行运算,不需要传统控制中的坐标变换,采用光滑函数代替常规符号函数,从而达到快速趋近滑模面且具有低抖动的效果。结合矩阵变换器双空间矢量调制方法,并将矩阵变换器过调制方法用于感应电机直接转矩控制中,达到矩阵变换器开关频率恒定和电机快速转矩响应的目的。实验结果验证了该方法的正确性和有效性。

基于矩阵变换器的飞轮储能模型预测控制策略

飞轮储能系统常用的背靠背变换器中间存在直流环节及电解电容,使得变换器体积庞大,而且直流环节电解电容器会带来直流电压控制、寿命和维护成本等问题。针对上述问题,采用矩阵变换器作为飞轮储能系统的控制变换器,有效地融入了矩阵变换器的优势,避免了背靠背变流器中直流环节及电解电容带来的问题。在分析储能系统工作原理的基础上,考虑到矩阵变换器电压传输比的限制,通过理论计算得出基于矩阵变换器的飞轮储能系统的运行范围。通过理论分析得到了飞轮储能系统功率与飞轮转速的关系,然后利用转速外环电流内环的双闭环控制方式实现对飞轮储能系统的控制。电流内环采用模型预测控制策略对矩阵变换器进行控制,从而实现飞轮储能系统的充放电控制。Matlab/Simulink中的仿真结果验证了运行范围分析的准确性和所提控制策略的有效性.

基于自适应变结构的矩阵变换器驱动感应电机直接转矩控制

提出了一种矩阵变换器驱动感应电机变结构直接转矩控制的新方法,利用感应电机状态方程和自适应趋近律来设计变结构控制器,采用光滑函数替代传统的开关函数以减小高频抖动.结果表明,相对于传统矩阵变换器驱动感应电机直接转矩控制,所提出的矩阵变换器双空间矢量调制方法的控制策略具有转矩脉动低和开关频率恒定的优点,保持了传统直接转矩控制的快速转矩响应,并具有良好的动、静态性能.

基于矩阵式变换器的异步电机直接转矩控制策略

研究一种基于矩阵式变换器的异步电机控制策略,分析了异步电机的直接转矩控制方法和矩阵式变换器的空间矢量调制,给出了在直接转矩控制方案中,矩阵式变换器矢量电压的选择.这一控制策略同时实现了矩阵式变换器的空间矢量调制和异步电机的直接转矩控制.利用MATLAB仿真平台实现了该控制策略,仿真结果表明:采用这一控制策略的调速系统具有良好的静、动态性能,并且保持了单位功率因素.

基于矩阵式变换器的直接转矩控制系统研究

本篇论文在直接转矩控制系统中采用矩阵式变换器作控制核心,设计出基于矩阵式变换器的接转矩控制系统。在提速运行,减速运行,稳定运行以及改变负载拖动运行方面,对整个控制系统都进行了仿真研究。通过对以上3种运行情况的仿真结果分析,表明矩阵式变频器的控制系统是谐波含量低,输入功率因数接近1,性能优异的交流调速系统。证实矩阵式变频器在异步电机直接转矩控制系统方面应用正确可行性,并为进一步的理论分析和深入的实验操作,提供依据。