双三相永磁同步电机改进型模型预测电流控制

针对双三相永磁同步电机模型预测共模电压抑制方法存在寻优计算量大、开关频率较高、稳态性能不佳的问题,提出一种改进型模型预测电流控制.首先,改进六相两电平逆变器,降低零矢量共模电压幅值;其次,选择小共模电压矢量构造虚拟电压矢量,简化价值函数的同时减小共模电压和电流谐波含量;再次,通过计算参考电压矢量直接选择最优电压矢量以减少寻优次数,并引入占空比控制提升电机控制精度,改善电机稳态性能.最后,仿真对比传统模型预测电流控制、RCMV(Reduced Common Mode Voltage)-1、RCMV-2和所提控制方法.结果表明,所提控制方法在减小共模电压的同时,降低了转矩脉动和谐波电流,且较RCMV-2方法开关频率明显降低;此外,寻优代码执行时间相较于RCMV-1和RCMV-2分别降低了约91%和65%,减小了计算量.

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%。

基于自然容错开关表的五相永磁同步电机直接转矩控制

五相永磁同步电机(permanent-magnetsynchronous motor,PMSM)传统直接转矩控制(direct torque control,DTC)存在相电流畸变严重、共模电压(common-modevoltage,CMV)高、转矩和磁链脉动大等问题,且无法实现相开路故障情况下的无扰运行。为解决上述问题,提出一种基于自然容错开关表的DTC策略。该策略根据PMSM开路故障前后基电压矢量的特点以及三次平面合成电压矢量为零的原则,构建虚拟矢量(virtual vector,VV),设计故障前后同一套自然容错开关表,进而不但抑制了故障导致的转矩脉动,而且在故障前后均能降低三次谐波电流、减小转矩和磁链脉动、抑制CMV。实验结果验证所提策略的可行性。

基于三矢量的PWM整流器改进模型预测直接功率控制方法

为解决传统模型预测直接功率控制存在的开关频率不恒定、计算量大、共模电压大问题,设计了一种三矢量模型预测直接功率控制方法。该方法通过在单个控制周期内输出三个不同电压矢量,克服了传统方法因连续多个周期输出相同电压矢量造成的开关频率不恒定问题;同时,在两相静止坐标系中,通过优化空间电压矢量图划分方法,采用两个代价函数确定电网电压矢量所在扇区,将算法的遍历次数从27次降至10次,克服了传统方法计算量大的问题;此外,通过去除两个冗余零矢量PPP与NNN,将共模电压抑制在Udc/3以内。最后搭建了5kW实验样机进行实验验证,仿真与实验结果表明,该方法可以有效降低计算量,输出谐波和共模电压抑制效果优于传统方法。

可控开关非隔离型并网逆变器研究

把太阳能转化为电能的装置叫做太阳能光伏发电装置,逆变器是光伏发电装置的核心部分。该文通过分析典型三相并网逆变器的共模电压问题,提出一种可控开关非隔离型并网逆变器,其采用SVPWM策略控制技术,通过控制零矢量减小共模电压的幅值。在此基础上,应用MATLAB/Simulink对可控开关导通和切断2种状态对比仿真,验证其抑制共模电压的能力。

高频链互联MMC电机调速系统高低频共模电压完全抑制策略

该文提出一种基于波动功率解耦的模块化多电平换流器(ripple-power decoupling based modular multilevel converter,RPD-MMC)电机调速系统,通过半桥与变压器结构的高频链将子模块(submodule,SM)隔离后进行横向互联,实现三相波动功率在SM电容中的解耦,进而消除共模电压(common-mode voltage,CMV)低频波动分量;并提出一种脉冲优化控制CPS-SPWM(pulse optimization control CPS-SPWM,POC-CPS-SPWM)策略,控制任一时刻MMC三相的上、下桥臂导通SM个数保持一致,消除CMV高频波动分量,最终实现对CMV的完全消除。该文从CMV的机理与特性分析出发,分别对低频与高频抑制的方案提出、原理分析与效果实现进行探讨,最后通过仿真与实验,验证CMV机理分析与两种策略消除CMV的可行性与有效性。

九开关逆变器多电机系统共模电压抑制

具有两个输出端口的九开关逆变器(NSI)在多电机控制领域具有减少开关器件、降低系统成本的优势.针对传统的九开关逆变器虽然能够独立控制两台电机,但其共模电压较高的问题,分析九开关逆变器不同开关状态对共模电压幅值的影响,提出利用两电平九开关逆变器的12个非零矢量对作为模型预测控制新的控制集,可将共模电压幅值限制在±Udc/6范围内.最后进行了仿真实验,验证了该方法的有效性.

永磁同步电机传动系统的柔性多目标预测控制

针对大功率永磁同步电机(PMSM)传动系统对低开关频率和共模电压抑制的需求,提出一种柔性多目标预测控制策略。采用复合电流边界限定的方法实现对电流跟踪、开关频率和共模电压的协同控制。所提方法运算量低,参数设计简单。搭建了4.4kWPMSM传动系统实验平台,实验结果验证了所提控制方法的有效性。

基于动态开关表的TLDMC-PMSM零共模电压直接转矩控制

针对三电平直接矩阵变换器-永磁同步电机系统采用直接转矩控制(TLDMC-PMSM-DTC)时出现高共模电压的问题,提出基于动态开关表的TLDMC-PMSM零共模电压直接转矩控制方法。TLDMC的部分旋转矢量共模电压为零,该方法利用这部分旋转矢量去构建DTC的开关表,但是旋转矢量的分布随输入电压相位的变化而变化,这会导致控制结构的复杂度变高,因此此控制算法通过高维开关表来实现TLDMC-PMSM的零共模电压。但是由于所用旋转矢量数目少并且选择的矢量误差大,从而导致电机的转速和转矩脉动大,该文在此基础上,引入动态的旋转矢量和零矢量去构建动态开关表来解决脉动大的问题。仿真和实验结果表明,该方法在保证动态响应能力快、电机的转速和转矩脉动小的基础上,实现了TLDMC-PMSM系统的零共模电压和安全稳定运行。

Design and Comparison of Controller for the Reduction of Conducted Electromagnetic Interference in an Inverter

This paper presents the design of a controller for the measurement and reduction of conducted Electro Magnetic Interference (EMI) caused in the power electronic circuits. The conducted EMI is also separating the Common Mode (CM) and Differential Mode (DM) simultaneously using Line Impedance Stabilization Network (LISN). EMI is mitigated by the fuzzy controller. By comparing common mode voltage with the standard reference value, the generated error can be minimized by using fuzzy controller. Fuzzy controller is varying the PWM signal of the power electronic switching devices for reducing the electromagnetic interference. In this paper, comparison of PI and fuzzy controller of the open loop and closed loop models are implemented using MATLAB® SIMULINK for measurement and reduction of the EMI level;and also simulation results of the PI controller and fuzzy controller analysis are presented in this paper. The fuzzy controller is provided to achieve the EMI level of the inverter within the standard limit.

H型对称分布电容功率解耦电路

单相逆变器普遍存在二次纹波问题,容易造成系统不稳定和降低效率。文中在无附加开关管的情况下,仅保留H桥4个开关器件。此拓扑只需将交流侧原有滤波电容分裂成两组对称连接,同时可省略直流侧原有支撑电容。电路中差模保证功率输出,共模保证解耦,因此对系统中差模和共模分别独立控制。理论分析和仿真解释了系统的解耦情况和解耦后存在的电容电压不平衡情况,并从解耦精度及附加开关数量方面良好地阐述该拓扑的优越性,最后通过实验结果证明该拓扑在无需额外开关器件情况下良好的解耦性能。

抑制共模电压的极简空间矢量控制

针对五电平有源中点箝位型(ANPC)变换器共模电压大的问题,提出一种抑制共模电压的极简空间矢量控制。首先将参考电压投影到线电压坐标系中,得到对应区域内的所有矢量,分析矢量与共模电压和中点电压之间的联系,然后以最小化共模电压为目标对矢量选择范围进行合理约束的同时,保证剩余矢量能对中点电压进行均衡控制。在此基础上,针对中点电压控制提出一种极简序列选择法,从而降低空间矢量调制策略的复杂度。最后对所提共模抑制算法的正确性和有效性进行了实验验证。

抑制碳化硅电驱系统共模电压的多矢量模型预测控制策略

针对高频碳化硅电驱系统现有策略受限于备选电压矢量较少,难以兼顾共模电压和电流畸变抑制效果的问题,本文提出一种基于多矢量组合型模型预测控制方法。首先,对碳化硅逆变器进行三相双脉冲测试,研究不同电压矢量对碳化硅高频开关特性的影响。其次,分析基于双矢量模型预测的共模电压抑制方法产生电流畸变的原因,并提出通过增加一组逆向相邻矢量组合的多矢量调制电流畸变抑制方法,以及提出对应的多矢量作用时间推导方法和多矢量死区补偿策略。最后,对所提出的方法进行了仿真和实验,结果表明所提方法共模电压幅值在全频率段均得到有效衰减,最大衰减约60 dB,电流畸变率降低至原来的1/3,有效抑制共模电压同时降低电流的总谐波畸变率。

积分滑模-主动抗扰的复合轨压控制研究

为解决高压共轨系统采用比例积分微分(proportional integral differential,PID)控制时出现的轨压控制不精确问题,分别采用模糊PID控制、积分滑模控制(integral sliding mode control,ISMC)、ISMC与主动抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)复合控制策略,仿真分析高压共轨系统阶跃及自由加速工况下的轨压偏差。结果表明:对比PID控制,ISMC-ADRC复合控制策略、ISMC策略的超调量均减少77%,稳定时间均减少62%;对比ISMC,采用ISMC-ADRC复合控制策略系统抖振现象减弱,稳定时轨压偏差绝对值静态误差减少80%,且抗干扰能力明显提高。

一种无权重系数的三电平NPC逆变器低共模电压FCS-MPC算法

针对中点钳位式(neutral point clamped,NPC)三电平逆变器,传统低共模电压有限集模型预测控制(finite control set mode predictive control,FCS-MPC)算法通过评价函数约束进行中点电位平衡控制,需要额外设计权重系数,存在参数整定困难、影响输出电流谐波问题。该文提出一种无权重系数三电平NPC逆变器低共模电压FCS-MPC算法。首先,电压矢量控制集中舍弃正小矢量和PPP、NNN两个零矢量,将共模电压幅值抑制在Udc/6以下。其次,对控制集中每一个基本小矢量和中矢量,构造幅值和方向相同、对中点电位影响不同的冗余虚拟电压矢量。在控制执行过程中,第一步选出电流控制目标最优基本矢量,以保证输出电流谐波不受影响。第二步通过比较所选基本矢量及其冗余虚拟矢量作用,选出满足中点电位平衡控制目标矢量作为最优矢量,并将其开关序列作用于逆变器,从而省去权重系数。最后,实验验证所提算法正确性和有效性。

采用主从开关表的矩阵变换器电机系统直接转矩控制策略

本文提出一种采用主从开关表的矩阵变换器电机系统直接转矩控制策略。该策略仅使用6个旋转矢量来驱动电机,达到消除共模电压的目的。为了克服相邻旋转矢量之间的角度不断变化的困难,将旋转矢量分为逆时针旋转和顺时针旋转两组,同组的相邻矢量之间具有固定的夹角。将逆时针旋转矢量用于建立主开关表,顺时针旋转矢量用于建立从开关表,根据定子磁链相对于各组中旋转矢量的夹角查找相应开关表。实验结果表明,与使用有效矢量的传统直接转矩控制相比,本文方法可充分实现共模电压的抑制,并且满足控制系统动、静态性能的基本要求。

双三相永磁同步电机低共模电压模型预测电流控制

针对双三相永磁同步电机模型预测控制中存在共模电压较大、xy平面上谐波电流较大和控制器计算负担严重的问题,该文提出一种低共模电压的模型预测电流控制方法。首先,将虚拟电压矢量作为输入控制集,通过具有小共模电压的虚拟电压矢量对xy平面进行控制。然后,在每个采样周期中,通过计算参考电压矢量位置来减少候选电压矢量的数量。再通过无权重系数的价值函数对候选电压矢量进行评估,选择出最优电压矢量。所提方法有效地减少了xy平面上的谐波电流,消除了价值函数中的权重系数;减少了控制器的计算负担和双三相永磁同步电机驱动系统中固有的共模电压。最后,通过与两种现存的传统模型预测控制方法进行对比实验,证明了所提方法的有效性。

新颖的小容量光伏/燃料电池供电逆变器

针对多种新能源联合供电场合,提出一种新颖的小容量光伏/燃料电池供电逆变器,并对其电路拓扑、能量管理控制策略、高频开关过程、双输入源占空比、输出电压复合控制器设计、双输入源共模抑制等关键技术进行深入研究。该电路拓扑是由双输入源选择开关、工作半个输出周期的2个双向Flyback直流斩波器、交流滤波电容级联构成。该文所提主从功率分配能量管理SPWM复合控制策略通过控制输出电压瞬时值和多输入源输出功率比来实现对输入源的能量管理和2种工作模式无缝切换。设计并研制的1 kVA光伏/燃料电池双输入逆变器样机的实验结果表明,该逆变器具有单级功率变换、变换效率高、占空比调节范围宽、输出波形质量高、不同供电模式间无缝切换等优良性能。

一种增益可调的集成运算放大器设计

基于东部高科0.18μm的CMOS工艺设计一种可通过增益控制开关调节输出波形放大倍数的集成电路。设计采用全差分信号输入的方式以提高共模抑制比,以全差分方式输出信号便于后续电路进一步处理。在运算放大器输出端使用无源电阻元件形成负反馈网络,通过数字信号开关控制接入该网络的电阻大小,和运算放大器前级输入电阻一起形成不同的增益放大网络,得到需要的放大倍数。电路经仿真实验验证可应用于触觉驱动传感器芯片,为用户提供更为良好的触觉体验。