针对开关磁阻电机(switched reluctance motor,SRM)传统滑模控制方法响应速度慢、抖振大且鲁棒性差的问题,该文提出一种基于双滑模控制器的开关磁阻电机调速策略。首先,设计全局积分滑模速度控制器(global integral sliding model speed...针对开关磁阻电机(switched reluctance motor,SRM)传统滑模控制方法响应速度慢、抖振大且鲁棒性差的问题,该文提出一种基于双滑模控制器的开关磁阻电机调速策略。首先,设计全局积分滑模速度控制器(global integral sliding model speed controller,GISMSC),消除系统到达滑模面的过程,提高响应速度和鲁棒性,并通过改进趋近律来减小滑模抖振;其次,设计扰动滑模观测器(disturbance sliding mode observer,DSMO),对负载和未知扰动进行观测,并前馈补偿至全局积分滑模速度控制器中,进而复合构成双滑模速度控制器,并将其作为速度外环与模型预测控制(model predictive control,MPC)相结合,减小转矩脉动的同时提升其调速性能;最后,仿真和实验考虑到转速和负载突变以及电机参数失配等情况,结果表明,所提方法不仅提高了系统调速性能,减小了转矩脉动,而且克服了电机内部参数变化和外部扰动的影响,使系统具备更强鲁棒性。展开更多
Permanent magnet synchronous motors(PMSMs)have been widely employed in the industry. Finite-control-set model predictive control(FCS-MPC), as an advanced control scheme, has been developed and applied to improve the p...Permanent magnet synchronous motors(PMSMs)have been widely employed in the industry. Finite-control-set model predictive control(FCS-MPC), as an advanced control scheme, has been developed and applied to improve the performance and efficiency of the holistic PMSM drive systems. Based on the three elements of model predictive control, this paper provides an overview of the superiority of the FCS-MPC control scheme and its shortcomings in current applications. The problems of parameter mismatch, computational burden, and unfixed switching frequency are summarized. Moreover, other performance improvement schemes, such as the multi-vector application strategy, delay compensation scheme, and weight factor adjustment, are reviewed. Finally, future trends in this field is discussed, and several promising research topics are highlighted.展开更多
三相四开关AC-DC变换器由于开关数量的减少,容易导致直流侧电容电压不平衡,系统的稳定性降低等。为了解决这些问题,提出了三相四开关AC-DC变换器直流侧电容电压平衡的有限控制集模型预测控制(Finite-control-set model predictive contr...三相四开关AC-DC变换器由于开关数量的减少,容易导致直流侧电容电压不平衡,系统的稳定性降低等。为了解决这些问题,提出了三相四开关AC-DC变换器直流侧电容电压平衡的有限控制集模型预测控制(Finite-control-set model predictive control, FCS-MPC)。在该策略中,为了方便计算,建立了坐标系下的系统模型,再通过建立代价函数对所有电压矢量进行评估,整个过程不需要锁相环,也不需要复杂的调制策略。在建立的新的代价函数中,加入了抑制电容电压波动的目标项,消除了电容中性点电压的偏移,提高了系统的可靠性。仿真结果表明,所提策略能使电容电压保持平衡,且具有良好的动、静态性能。展开更多
有限集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)处理优化问题有较大优势,但其控制精度在低采样频率下会急剧下降。以三相电压源整流器为例,现有解决方法多采用扩充矢量或改用调制型预测控制(modulated model...有限集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)处理优化问题有较大优势,但其控制精度在低采样频率下会急剧下降。以三相电压源整流器为例,现有解决方法多采用扩充矢量或改用调制型预测控制(modulated model predictive control,M-MPC),其本质在于通过增加开关频率提升控制精度,并未起到优化效果。为解决FCS-MPC在低采样频率下控制效果差的问题,同时为了能以较低的开关频率最大限度地提升控制精度,在分析FCS-MPC开关频率与控制误差间非线性关系的基础上,提出一种新的控制集扩充方法。通过构建12个新的电压矢量来扩充控制集,显著提升了FCS-MPC在低采样频率下的控制精度,且带来的开关频率增加较小。同时,在相同开关频率下,所提方法能够取得更优于M-MPC的控制效果。此外,通过调节目标矢量的权重还可改变其扩充模式,保留了FCS-MPC简单、直接的特点。最后,通过对比仿真及实验验证所提方法的有效性。展开更多
针对二极管箝位型(neutral point clamped,NPC)三电平逆变器驱动异步电机的低开关频率控制,提出了一种新颖的模型预测直接电流控制(model predictive direct current control,MPDCC)方法.基于推导的传动系统离散时间内部预测模型,控制...针对二极管箝位型(neutral point clamped,NPC)三电平逆变器驱动异步电机的低开关频率控制,提出了一种新颖的模型预测直接电流控制(model predictive direct current control,MPDCC)方法.基于推导的传动系统离散时间内部预测模型,控制器预测了每个容许开关位置对应的电流输出轨迹、外推输出轨迹,并根据评估平均开关频率的价值函数在线滚动优化实时求取最优开关矢量,使得逆变器平均开关频率最小化,且保持电流轨迹在给定的滞环范围内.相对于已有的单步预测电流控制方法,该方法在保持基本相同谐波性能的同时显著降低了开关频率.仿真结果表明,低开关频率模型预测电流控制算法可将三电平逆变器的平均开关频率降低至500 Hz以下,并且具有较理想的电流谐波畸变和动态响应性能.展开更多
基金supported in part by the National Natural Science Foundation of China(51875261)the Postgraduate Research and Practice Innovation Program of Jiangsu Province(KYCX21_3331)+1 种基金the Faculty of Agricultural Equipment of Jiangsu University(NZXB20210103)。
文摘Permanent magnet synchronous motors(PMSMs)have been widely employed in the industry. Finite-control-set model predictive control(FCS-MPC), as an advanced control scheme, has been developed and applied to improve the performance and efficiency of the holistic PMSM drive systems. Based on the three elements of model predictive control, this paper provides an overview of the superiority of the FCS-MPC control scheme and its shortcomings in current applications. The problems of parameter mismatch, computational burden, and unfixed switching frequency are summarized. Moreover, other performance improvement schemes, such as the multi-vector application strategy, delay compensation scheme, and weight factor adjustment, are reviewed. Finally, future trends in this field is discussed, and several promising research topics are highlighted.
基金National Natural Science Foundation of China(No.61741508)
文摘三相四开关AC-DC变换器由于开关数量的减少,容易导致直流侧电容电压不平衡,系统的稳定性降低等。为了解决这些问题,提出了三相四开关AC-DC变换器直流侧电容电压平衡的有限控制集模型预测控制(Finite-control-set model predictive control, FCS-MPC)。在该策略中,为了方便计算,建立了坐标系下的系统模型,再通过建立代价函数对所有电压矢量进行评估,整个过程不需要锁相环,也不需要复杂的调制策略。在建立的新的代价函数中,加入了抑制电容电压波动的目标项,消除了电容中性点电压的偏移,提高了系统的可靠性。仿真结果表明,所提策略能使电容电压保持平衡,且具有良好的动、静态性能。
文摘有限集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)处理优化问题有较大优势,但其控制精度在低采样频率下会急剧下降。以三相电压源整流器为例,现有解决方法多采用扩充矢量或改用调制型预测控制(modulated model predictive control,M-MPC),其本质在于通过增加开关频率提升控制精度,并未起到优化效果。为解决FCS-MPC在低采样频率下控制效果差的问题,同时为了能以较低的开关频率最大限度地提升控制精度,在分析FCS-MPC开关频率与控制误差间非线性关系的基础上,提出一种新的控制集扩充方法。通过构建12个新的电压矢量来扩充控制集,显著提升了FCS-MPC在低采样频率下的控制精度,且带来的开关频率增加较小。同时,在相同开关频率下,所提方法能够取得更优于M-MPC的控制效果。此外,通过调节目标矢量的权重还可改变其扩充模式,保留了FCS-MPC简单、直接的特点。最后,通过对比仿真及实验验证所提方法的有效性。
文摘模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)具有效率高、谐波小、模块化设计、易级联等优点,在高压大容量电能变换领域得到了日益广泛的应用。作为一种先进的控制策略,模型预测控制(model predictive control,MPC)通过目标函数可同时控制多个系统变量,具有建模直观、动态响应快等优点。传统MMC模型预测控制通过计算所有开关状态组合以实现最优控制目标,但随着桥臂模块数量的增多,计算量将呈几何级数增长,严重制约MPC的工程推广应用。针对N+1电平MMC,提出一种优化的模型预测控制算法,在对子模块电压、交流电流、相间环流、器件开关频率有效控制的同时,将开关状态组合计算量从C N2N降至N+1。针对子模块数高达数百的MMC,进一步提出分组排序优化模型预测控制(grouping-sorting algorithm combined OMPC,GSOMPC)策略,在降低桥臂子模块电压整体排序对硬件资源苛刻需求的同时,将开关状态组合计算量从N+1降至2X+M+3(N=M×X)。基于2.7 k V/60 k W 23电平MMC背靠背动模实验平台的实验结果证明了所提优化模型预测控制(optimized model predictive control,OMPC)及GSOMPC策略的正确性与有效性。
文摘针对二极管箝位型(neutral point clamped,NPC)三电平逆变器驱动异步电机的低开关频率控制,提出了一种新颖的模型预测直接电流控制(model predictive direct current control,MPDCC)方法.基于推导的传动系统离散时间内部预测模型,控制器预测了每个容许开关位置对应的电流输出轨迹、外推输出轨迹,并根据评估平均开关频率的价值函数在线滚动优化实时求取最优开关矢量,使得逆变器平均开关频率最小化,且保持电流轨迹在给定的滞环范围内.相对于已有的单步预测电流控制方法,该方法在保持基本相同谐波性能的同时显著降低了开关频率.仿真结果表明,低开关频率模型预测电流控制算法可将三电平逆变器的平均开关频率降低至500 Hz以下,并且具有较理想的电流谐波畸变和动态响应性能.
