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。

永磁同步电机低共模电压和低复杂度无差拍预测控制

针对永磁同步电机无差拍预测控制共模电压较大的问题,在一个控制周期内采用相位相反的基本电压矢量来生成虚拟零电压矢量抑制共模电压,并采用动态选择虚拟电压矢量生成方式来减小开关频率。为了提升无差拍预测控制性能,构造12个虚拟非零电压矢量来增加备选电压矢量。仿真结果表明:与7个基本备选电压矢量相比,基于19个备选电压矢量的无差拍预测控制降低转矩脉动6.89%,降低磁链脉动13.33%,同时共模电压也得到有效抑制。相较固定生成方式,动态选择虚拟电压矢量生成方式可降低开关频率25.89%。虽然该方法可有效提升系统性能,但增加遍历次数,极大增大计算量。为提高算法实时性,提出一种通过判断理想电压矢量所在区域来确定最优电压矢量简化确定方法,无需遍历计算,减小运算负担。基于STM32H743IIT6单片机实时性试验表明:相较于7个基本电压矢量,采用19个电压矢量算法执行时间增大273.40%,最优电压矢量简化确定方法执行时间减小88.09%。

带延时补偿的永磁同步电机自适应无差拍电流预测控制

针对永磁同步电机(PMSM)的电流控制易受系统延迟、参数失配等因素影响,导致电流跟踪性能下降的问题,提出一种带延时补偿的自适应无差拍电流预测控制算法。在传统无差拍电流预测控制器(DPCC)基础上,针对参数失配引起电流跟踪性能下降的问题,改进了基于仿射投影算法的模型自适应补偿方法,设计了一种具有延时补偿的自适应电流控制算法。最后通过仿真试验,验证了所设计的带延时补偿的自适应无差拍电流预测控制对系统参数失配具有自适应补偿能力,可以有效消除系统延时的影响,提高电流环跟踪性能。

改进的永磁同步电机无差拍电流预测控制

针对模型预测控制中由电机参数误差引起的控制性能下降问题,提出一种根据不同参数对电机的影响大小而分步辨识的策略。在电机稳态时利用模型参考自适应控制辨识电感和磁链,再辨识定子电阻。仿真结果表明,该方法可以准确辨识出电机的多个参数,保证了模型预测控制的控制性能不会因参数变化而下降。

基于事件触发的直流微电网无差拍预测控制

针对光伏(Photovoltaic, PV)-电池-超级电容直流微电网系统中光伏发电间歇性造成的功率失配问题,提出一种基于事件触发的无差拍预测控制(Event-triggered deadbeat predictive control, ETDPC)方法,以实现有效的能量管理. ETDPC方法结合事件触发控制策略和无差拍预测控制策略(Deadbeat predictive control, DPC)的优点,根据微电网的拓扑结构构建状态空间模型,用于设计适用于微电网能量管理的触发条件:当ETDPC的触发条件满足时, ETDPC中无差拍预测控制模块被激活,可以在一个控制周期内产生最优控制信号,实现对于扰动的快速响应,减小母线电压纹波;当系统状态不满足ETDPC中的触发条件时,无差拍预测控制模块被挂起,从而消除非必要运算,以减轻实现能量管理的运算负担.因此,对于电池-超级电容器混合储能系统(Hybrid energy storage system, HESS), ETDPC能够缓解间歇性光伏发电与负荷需求之间的功率失衡,以稳定母线电压.最后,数字仿真和硬件在环(Hardware-in-loop, HIL)实验结果表明,相较于传统无差拍控制方法,运算负担减小了50.63%,母线电压纹波小于0.73%,验证了ETDPC方法的有效性与性能优势,为直流微电网的能量管理提供了一种参考.

新能源游船直流微电网系统无差拍预测电压控制策略研究

基于光伏、储能技术混合供电的直流微电网系统被广泛应用于新能源游船。针对其日用负荷供电变流器接入不平衡负荷或者单相负荷时出现的供电电压不平衡问题,文章提出一种基于输出电压正负序分离的无差拍预测电压控制策略,在正负序坐标系下分别实现供电变流器电压正负序分量控制,保证供电变流器输出三相电压平衡,增强系统对不平衡负荷的抗干扰能力,避免增加额外的电能质量治理装置。仿真结果表明,采用所提无差拍预测电压控制策略后,直流微电网的日用负荷供电变流器电压不平衡度从28%降低到0.5%以下,验证了所提控制算法的有效性。

永磁同步电机无速度传感器无差拍预测控制研究

文章针对无速度传感器的永磁同步电机的无差拍预测控制策略进行深入研究。通过引入扰动观测器,实现对电机转子角度和速度的在线估计,避免对速度传感器的依赖;其次基于角度和速度估计结果,提出一种改进的无差拍电流预测控制方法,以提高系统的控制精度和响应速度;最后通过仿真实验和应用测试,验证所提出控制策略的有效性。结果表明,该控制策略能够实现对PMSM的精确控制,同时降低了系统成本和复杂性,具有广阔的应用前景。

基于参数辨识的永磁辅助同步磁阻电机电流无差拍控制

针对永磁辅助同步磁阻电机电感参数失配引起传统无差拍预测电流控制器受扰动的问题,该文提出一种电感参数自适应的无差拍预测电流控制方案。所提算法利用模型参考自适应系统对电感参数进行在线辨识,并将辨识结果代替控制器中的原始电感模型参数,以确保控制器的模型参数和电机实际参数相匹配,进而增强无差拍预测电流控制系统的鲁棒性。根据永磁辅助同步磁阻的数学模型,对电机本体进行了建模,以实现对所提算法的仿真验证。最后在以TMS320F28335控制器为核心的实验平台上进行了实验验证。仿真和实验结果均表明,当电机参数与模型参数不匹配时,所提算法相较于传统的无差拍预测电流控制算法在电流波动峰峰值、电流跟踪静差及系统鲁棒性方面都有明显的改善。

一种功率前馈的鲁棒预测无差拍并网控制方法

在光伏并网控制中,延时和滤波电感量变化会影响系统响应速度、稳定性及并网电流畸变率。对此,该文提出一种功率前馈的鲁棒预测无差拍并网控制方法。通过引入功率前馈控制加快系统的响应速度。鲁棒预测无差拍控制方法被提出用于并网电流控制,以增强系统的鲁棒性,降低因控制延时和电感量偏差对并网电流造成的畸变。分析带延迟环节的z域无差拍控制模型,并讨论延时和电感量取值对系统稳定性的影响。给出鲁棒预测无差拍控制的设计方法,并根据z域内的传递函数对其进行稳定性分析,确定控制参数的选取范围。仿真与实验结果证明了所提控制方法的有效性。

三相并网逆变器无差拍电流预测控制方法

针对三相并网逆变器的特点,采用一种新的无差拍电流预测控制策略。与传统不加补偿的无差拍控制器相比,可改善控制上的延时,在相同的采样频率下可使输出电流畸变减少,提高三相并网逆变器的性能。为进一步提高三相并网逆变器的可靠性和降低并网逆变器的成本,提出一种基于软件锁相环和虚拟电网磁链的无电网电压传感器的控制策略。采用虚拟的电网磁链矢量定向的矢量控制,实现了d、q轴电流的解耦控制,使q轴电流控制有功功率,d轴电流控制无功功率。将无差拍电流预测控制和无电网电压传感器控制相结合,为三相并网逆变器提供一种高性能的解决方案。最后实验验证了该方案的可行性和正确性。

用于电能质量治理的三电平变流器预测无差拍重复控制优化及性能分析

针对用于低压配电网负荷谐波、三相不平衡和无功补偿的三相四线制T型三电平变流器,对其控制算法进行了整体优化。首先,根据dq0坐标变换前后不同频率分量之间的映射关系,设计了快速指令电流提取与预测算法,该算法不仅能够独立提取谐波、不平衡和无功分量,而且指令电流提取时间缩短至10 ms;其次,针对无差拍控制延时问题,设计了即时采样与预测无差拍重复控制结合的控制器进行优化,并分析了所提控制器的性能;最后,搭建了13 kV·A的物理样机,测试结果证实了相较于传统的预测无差拍重复控制,所设计的控制策略具有更好的控制精度与稳定裕度。

基于预测无差拍算法的永磁同步发电机无传感器控制

针对永磁同步发电机(PMSG)提出了一种基于预测无差拍算法的高性能无传感器控制方案。为了获得出色的无传感器控制性能,提出对引入无差拍控制器的估算反电动势进行串联补偿,在改善系统稳定性的同时,实现了定子电流的无静差跟踪。随后,基于Luenberger算法对定子电流超前预测,补偿数字控制一拍滞后的影响,并在维持系统稳定性的前提下,根据离散控制模型设计控制器参数,以改善定子电流环的动态响应及其适应电机参数变化的鲁棒性。在此基础上,基于估算反电动势的同步锁相环(SRF-PLL)能够快速、准确地观测转子的位置角和转速信息,并实现电机控制的同步定向和速度反馈调节。最后,基于10kW永磁同步发电机建立模拟的直驱式发电机组,对本文所提控制方案的有效性和可行性进行了仿真分析和实验验证。

基于重复预测原理的三电平APF无差拍控制方法

传统两电平有源电力滤波器(APF)由于功率开关耐压水平和载流能力的限制,难以实现对高压大容量非线性负载的谐波补偿。在高压大容量系统中,二极管钳位型三电平变流器得到了广泛的研究和应用。本文研究一种基于重复预测原理的三电平APF无差拍控制方法,通过推导分析,发现消除采样周期的延迟和对输出指令电流的预测是决定无差拍控制效果的关键。采用状态观测器,对APF下一拍输出电流进行估计,弥补了数字控制系统一个载波周期的延时;采用重复预测型观测器,对指令谐波电流进行预测,可以提供精确的谐波电流预测值,因而改善了整个系统的控制效果。实验结果证明了所提控制方法的可行性。

感应电机准无差拍模型预测电流控制策略

针对中点箝位型三电平逆变器驱动的感应电机模型预测电流控制,为了缩短其在线优化耗时、提高控制性能,提出了一种感应电机准无差拍模型预测电流控制策略。建立感应电机数学模型,对电流未来值进行预测。利用无差拍原理求出给定电压,选取给定电压所在小扇区的电压矢量,建立目标函数进行滚动优化,选取最优电压矢量对应的开关状态作为逆变器未来输出状态。同时引入全阶闭环磁链观测嚣,提高磁链观测的准确度;进行系统延时补偿,提高电机控制性能。仿真和实验结果表明,基于此种控制策略的调速系统,计算耗时小,转矩和电流动静态性能优良。

PWM整流器预测无差拍直接功率控制

针对PWM整流器采用直接功率控制时存在的稳态纹波大、采样率高和开关频率低等问题,结合占空比调制和无差拍控制的概念提出一种改进的直接功率控制方法。通过分析不同电压矢量对功率变化的影响,提出在每个控制周期内同时作用一个非零矢量和一个零矢量,其中非零矢量从传统的矢量表直接功率控制获得。该非零矢量的优化作用时间通过对有功功率实行预测无差拍控制而解析得到。搭建了两电平PWM整流器平台对传统直接功率控制和预测无差拍直接功率控制进行对比研究。仿真和实验结果表明,相比传统基于矢量表的直接功率控制,预测无差拍直接功率控制能够显著减小功率脉动和电流谐波,而且动态响应迅速,简单易实现,是一种性能优良的功率控制方法。

永磁同步电机改进无差拍电流预测控制

永磁同步电机数字控制系统的电流预测控制,具有动态响应快、开关频率恒定、适于数字实现等特点。基于拉格朗日插值的无差拍预测控制算法,对电机电感参数失配比较敏感。为此,提出一种改进无差拍预测控制算法,修改了电流偏差约束条件和输出电压预测方法。利用根轨迹法分析了算法鲁棒性与电感参数失配的关系。在电机电感参数发生失配情况下,能够维持系统稳定,实现电机电流的闭环控制,使实际电流跟随给定,提高了算法的鲁棒性。仿真和实验结果验证了分析设计的可行性和有效性。

基于复合预测的无差拍谐波电流跟踪控制

针对传统的无差拍谐波电流跟踪控制受信号采样、处理和执行等过程时延影响,实际上是差一拍控制的问题,提出了一种基于复合预测的无差拍控制。该算法提前2个采样周期预测出谐波补偿参考电流,提前一个采样周期预测出逆变器输出电流,从而实现"真正意义上"的无差拍控制。为此,又提出了一种综合地考虑了负载谐波电流稳态和动态过程的复合预测方法,使上述预测过程更加准确。最后,仿真和实验表明基于该复合预测的无差拍控制方法在负载稳态和变化时都具有良好的补偿效果。

基于改进重复预测原理的并联有源电力滤波器无差拍控制策略

为了使有源电力滤波器(APF)能够快速的、高精度的输出补偿谐波,针对APF主电路的控制方法,该文提出一种改进的基于重复预测原理的无差拍控制算法。该文首先介绍了并联型有源电力滤波器的工作原理,其次建立了三相并联型有源电力滤波器的数学模型,并根据其数学模型分析了无差拍控制的工作原理。最后通过无差拍控制的工作原理可知谐波电流指令信号的预测是决定无差拍控制效果的关键。为了进一步提高使用无差拍控制时的APF滤波效果,根据谐波的周期性,该文采用改进的重复预测策略对下一拍输出电流预测,并且分析了这种预测方法的稳定性。此改进的重复预测无差拍控制策略能够提高稳态时的预测精度和暂态时的响应速度。仿真波形分析与试验结果分析证明了其可行性。

基于内模干扰观测器的永磁同步直线电机无差拍电流预测控制方法

针对永磁同步直线电机(PMLSM)无差拍电流预测控制中因参数扰动与模型失配导致电流误差问题,提出基于内模干扰观测器(IMDO)的鲁棒电流预测控制来实现精确的电流环控制。首先,构建基于永磁同步直线电机数学模型的无差拍电流预测控制算法,得到了算法的稳定域,使控制算法在电机参数摄动范围内稳定;其次,将内模干扰观测器估计的系统扰动引入含参数扰动的电压方程,保证观测的状态变量不断逼近准确的系统状态变量,为传统无差拍电流预测控制算法提供实时扰动补偿,从而实现电流环的精确稳态无差控制。实验结果验证了本文提出的算法在参数扰动和模型失配时能够实现快速精确控制,明显提高了系统的鲁棒性能。

新型模型参考自适应的PMSM无差拍电流预测控制

永磁同步电机(PMSM)的无差拍电流预测控制(DPCC)对参数失配非常敏感。在实际应用环境中,由于某些因素的影响,电机参数会失配,严重时会导致PMSM运行故障。为了减小对DPCC的影响,提出一种基于新型模型参考自适应系统(MRAS)的参数分步辨识方法。首先,获得定子电阻和定子电感的参数,并将其作为已知量来辨识转子磁链。等待参数稳定之后,再将辨识结果作为已知量用于辨识定子电感和定子电阻。最后,将辨识出的参数代入DPCC进行改进。实验结果表明,该方法可以解决模型欠秩的问题,并且可以抑制电机参数失配对DPCC的影响,提高动态跟踪性和鲁棒性,具有一定的工程实际意义。