基于预测误差补偿的鲁棒型永磁同步电机模型预测电流控制

模型预测控制(model predictive control,MPC)已被越来越多地应用于永磁同步电机(permanent magnet synchronous machine,PMSM)驱动系统中。由于MPC是基于系统模型实现的,因此存在系统参数鲁棒性较差的问题。为解决此问题,该文针对PMSM提出一种基于预测误差补偿的鲁棒型模型预测电流控制策略。在该策略中,电流的预测值与实际采样值之间的误差被作为补偿因子反馈到电流预测中。同时,为保证补偿的准确性,所有电压矢量对应的电流预测误差将在一个控制周期内同时得到。因此当PMSM参数失配时,该文提出的模型预测电流控制仍然能够通过在线误差补偿实现可靠的电流预测,进而提升MPC的参数鲁棒性。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。     

用于改善VSG频率响应的模型预测控制方法

针对虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制策略存在二次调频能力不足的问题,提出一种基于模型预测控制(model predictive control,MPC)的VSG反馈控制方法。该方法首先通过转子运动方程和下垂控制方程建立了VSG的可优化模型,并对该模型进行离散化;再利用MPC得到转子角频率的运动轨迹,取最优的预测控制输入向量的第1项作为下一时刻控制器的反馈输入;然后通过构建的转子角频率增量与转矩增量间的反馈通道,对频率偏差进行实时预测补偿;同时通过分析反馈控制器参数对系统稳定性的影响,给出参数选取的基本原则;最后,基于MATLAB/Simulink构建的含所提反馈控制器的逆变器离/并网的仿真模型。与3种现有的方法进行仿真对比分析,结果表明所提出的方法能更有效地抑制频率越限,减少频率的恢复时间,验证了该方法的有效性和可行性。     

开绕组永磁同步电机系统有限集模型预测控制研究

提出了一种用于开绕组永磁同步电机(OW-PMSM)的快速模型预测控制方法,与传统模型预测电流控制(MPCC)相比,在不影响性能的情况下减少了预测的次数和时间.为了提高OW-PMSM的转速响应和抗负载扰动性,提出了单环模型预测控制(MPC),将速度环MPC和电流环MPC组合一起同时进行模型预测控制.仿真结果表明所提出方法能够有效降低算法复杂度和改善系统控制性能.     

基于分层控制的模块化多电平变流器模型预测控制方法

为了解决传统模块化多电平变流器(MMC)控制器参数过多,参数整定复杂且对控制参数敏感,以及已有MMC模型预测控制(MPC)方法计算量过大、实用性不强等问题,提出一种新型MMC模型预测控制方法,通过建立相应代价函数对MMC相电流、桥臂环流和子模块电压进行分层控制,从而大幅度减少计算量。对相电流模型预测控制的误差进行理论分析并提出补偿措施,提高了相电流控制精度。在Matlab/Simulink平台搭建了11电平MMC仿真系统进行仿真验证。结果表明,新型MMC模型预测控制方法单次运算耗时仅为已有模型预测控制方法的0.24%,相电流误差得到有效校正补偿,功率响应时间短且无超调,验证了新型MMC模型预测控制方法具有计算量低、动态响应快、稳态精度高的特性。     

三相并网逆变器状态反馈模型预测控制策略

在三相并网逆变器中,由于传统的电流模型预测控制(MPC)系统中存在建模误差等因素,导致评估函数选出的预测值在应用时不一定仍具最优性。基于传统比例积分(PI)调节对给定电流良好的跟踪性基础上,提出了一种具有状态反馈、误差补偿的MPC算法,根据前一时刻电流预测值与实际电流采样值的偏差补偿当前时刻预测函数模型系统的输出,从而减少由建模误差造成的预测值与实际值的偏差。仿真和实验结果表明:加入反馈校正后,模型电流预测算法的控制性能大大提高,有效减少了谐波含量。从而验证了该方案的可行性和有效性。     

基于 ESKF-MPC 的四旋翼无人机轨迹跟踪控制

四旋翼无人机的轨迹跟踪控制容易受到风扰和测量噪声的影响,针对上述问题, 提出了一种基于扩展状态卡尔曼滤波 (extended state based Kalman filter, ESKF)的模型预测控制(model predictive control, MPC)方法。 首先, 采用牛顿-欧拉方法建 立风扰影响下的四旋翼无人机动力学模型; 然后, 位置控制采用基于误差模型的 MPC 方法, 利用 ESKF 估计风扰并对控制量 进行前馈补偿; 采用反馈线性化方法将姿态动力学模型线性化, 并设计基于 ESKF-MPC 的姿态控制器;最后, 仿真结果表明测 量噪声方差为 0. 000 1 时该方法的位置跟踪均方误差比自抗扰控制方法的误差小 0. 013 m, 当方差大于 0. 000 1 时自抗扰控制 方法使得系统不稳定,而本文的方法仍可以实现较好的位置跟踪。     

DVR电压波形跟踪无差拍控制方法

针对动态电压恢复器DVR(Dynamic Voltage Restorer)电压补偿信号的不确定性,根据选择的DVR逆变电路进行了无差拍控制算法研究。对于任意负载模型。利用系统的状态方程和状态变量的信息,结合状态观测器和电压、电流预测算法,推算出下一采样周期的逆变器开关控制量,使输出电压跟踪参考电压。实现了对不确定电压补偿分量的跟踪补偿控制。提出了一个具体的实现方案,仿真结果验证了算法的正确性和可行性。     

应用自动微分的永磁同步电机预测控制

模型预测控制(MPC)是一种有效的控制方法,但由于其计算量较大,难以在永磁同步电机(PMSM)控制中应用。为了研究MPC在PMSM中的应用方法,提出了一种基于自动微分(AD)理论的永磁同步电机电流环模型预测控制算法。采用AD理论,对PMSM的数学模型在d-q坐标系下进行泰勒级数展开,建立了比传统查表或差分法更为精准的数学模型。通过计算PMSM泰勒级数灵敏度,将预测控制问题转化为无约束条件下的二阶最优问题,实现了模型预测控制。仿真结果表明,利用AD理论的PMSM电流环预测控制算法可以将系统状态量精确控制在允许范围内,并且减小了每步的平均运算时间。     

基于无谐波检测三相四开关APF模型预测控制

提出一种基于无谐波检测技术的三相四开关并联有源电力滤波器(TFSAPF)模型预测控制(MPC),该控制取代了传统四开关逆变器空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法,无需扇区判断和电压基矢量作用时间计算,避免了因母线中点电位偏移导致扇区误判断及合成零电压矢量存在误差。分析了传统SVPWM算法和MPC对系统的补偿效果,得出在预测允许误差范围内,提前预测两个采样周期的指令信号具有更好的补偿性能。新型控制方案省略了谐波检测相关运算,简化了调制算法。仿真结果验证了该方法的有效性与实用性。     

直驱XY平台伺服系统预测鲁棒轮廓跟踪控制

针对直驱XY平台中存在的系统延迟、系统参数变化、负载扰动等不确定性以及双轴之间的耦合问题,依据模型预测控制、扰动观测及解耦控制理论,设计了一种模型预测控制器(MPC)、扰动观测器(DOB)和交叉耦合控制器(CCC)相结合的预测鲁棒跟踪控制系统。利用MPC作为前馈控制器,通过模型预测、滚动优化和反馈校正提高系统的跟踪性能。DOB能够抑制系统参数变化及外部负载扰动等不确定性因素对系统伺服性能的影响,提高系统的鲁棒性能。CCC能补偿两轴间的轮廓误差,解决双轴间的耦合问题。仿真实验结果表明,所设计的系统具有快速准确的跟踪性能和较强的鲁棒性能。所提出的控制方案能够有效地减小系统的轮廓误差,进而提高了XY平台的轮廓加工精确度。     

基于扰动观测器的三相逆变电路改进型模型预测控制

经逆变电路并网的分布式发电系统中,为了解决传统模型预测控制(MPC)在电路参数变化时系统动态响应不佳的问题,在ABC三相坐标下,提出一种基于扰动观测器(DOB)的改进型模型预测控制(AdMPC-DOB)方案,对被控电流进行两步预测,同时采用多重比例谐振(PR)调节器作为MPC的前馈补偿,消除预测电流的周期性误差,并提高对特定次谐波的抑制能力。考虑到电路参数变化和不确定扰动对系统造成的影响,采用电感电流扰动观测器对MPC输入信号进行精确观测。理论分析和仿真试验表明,所提改进型控制方案能够有效提高逆变器输出电能质量,降低并网电流总谐波畸变率(THD)。     

永磁同步电机新型有限集模型预测速度控制

为了保证传统有限集模型预测速度控制中速度采样频率和控制周期一致，使用预测-校正方法进行反馈速度的测量，并结合卡尔曼滤波器进行负载观测，根据控制周期合理安排速度和负载观测的时序。针对传统有限集模型预测速度控制的稳态误差和较大转矩脉动问题，提出一种比例-积分-微分型代价函数，其中积分项用于消除稳态误差，微分项用于抑制转矩脉动。仿真和实验结果表明，所提出的新型有限集模型预测速度控制方法和传统有限集模型预测速度控制方法相比，在稳态时具有更小的稳态误差和转矩脉动，相电流总谐波失真(THD)从65.35%减小到了21.54%;和传统有限集模型预测电流控制方法相比，在起动、加减速和负载突变时的响应速度均加快了0.2～0.5 s,具有更快的动态响应。     

光储系统中双向DC/DC变换器预测电流控制

提出了一种新的预测电流控制方法,该方法引入模型预测控制(MPC)思想,控制思想明确且实现简单,通过预测模型的建立和目标函数的优化使得控制目标实现系统综合最优。对双闭环控制和预测电流控制方法进行仿真及实验对比,结果表明预测电流控制使系统在动态过程中电压电流的超调量减小10%左右,动态响应时间至少减少一半,且静态过程中电压电流的稳定性更好。     

采用模型预测控制的APF谐波电流补偿的研究

由于有源电力滤波器(APF)传统的电流补偿方式存在谐波电流跟踪控制精度低、实时性差等问题,给出了一种基于模型预测控制(MPC)的优化闭环控制算法,根据过程的历史信息预测将来的输出建立模型,依据预测控制的预测模型、反馈校正和滚动优化等环节实现对APF谐波电流的预测控制。搭建10 kVA并联型APF的实验样机并结合Matlab仿真实验对谐波补偿进行了研究。实验结果表明,采用MPC的谐波电流控制方法能有效降低电流畸变率,抑制谐波电流,谐波电流分量较补偿前降低10倍左右,电流总谐波畸变率(THD)从原来的29%降低到3%,从而验证了MPC算法具有较高的电流跟踪控制精度。     

基于MPC算法的互联电网负荷频率控制

自动发电控制(AGC)是互联电网进行有功调频的首要方法,研究提出了一种基于模型预测控制(MPC)的互联电力系统负荷频率控制(LFC)设计方法。利用MPC算法使得由发电机参数摄动和负荷扰动形成的电网频率波动减小。为验证所提出方案的有效性,建立三区域互联电力系统频率响应模型并仿真,将MPC算法与常规的PID算法控制效果进行比较。结果表明,在负荷扰动、参数摄动和有通信延迟的情况下,MPC技术对互联电网的负荷频率控制性能均优于PID控制。     

基于改进动态潮流的DFIG风电系统层级频率模型预测控制

电力系统原有同步发电机(SG)负责的调频可由双馈感应发电机(DFIG)提供。评估调频效果时,相较详细时域仿真分析,可采用动态潮流(DPF)算法减少运算量。提出包含上层频率预测与下层DFIG控制的层级频率控制。双层控制中皆引入模型预测控制(MPC),通过预估控制效果确定控制目标。上层控制在DPF中引入SG调速器,以提升频率预测精度,基于此确定DFIG有功参考值,在其中计及了DFIG机械暂态的变化率约束。下层控制提出采用基于MPC的直接转子电流控制,追踪调频过程中的DFIG有功参考值,并在频率预测中计及其控制响应。     

基于模型预测控制的光热-光伏系统多时间尺度无功优化控制策略研究

针对光热-光伏系统无功控制问题,提出一种基于模型预测控制MPC(Model Predictive Control)的多时间尺度无功优化控制策略。在日前优化同步发电机与光伏逆变器无功出力的基础上,日内采用基于MPC的滚动优化及反馈校正控制思路,利用动态无功补偿设备控制母线电压。通过基于灵敏度的电压预测模型,预测未来多个时刻电压运行状态。在此基础上,以未来多个时刻预测电压控制偏差最小为优化目标,建立日内滚动优化模型,得到动态无功补偿设备的无功控制计划,并通过电压控制偏差反馈校正,完成日内无功电压的模型预测控制。以中国敦煌地区光热电站与光伏电站所组成联合发电系统为仿真算例,通过与传统多时间尺度无功优化控制策略对比,验证该控制策略在提高系统汇集母线电压和光热、光伏电站PCC母线电压的稳定性的可行性与有效性。     

光储系统中双向变换器的模型预测控制方法北大核心

针对光储系统中双向Buck/Boost DC-DC变换器,提出了新的基于模型预测控制(MPC)的方法。该方法通过建立系统模型来预测下一时刻变换器中所有可能的开关状态所对应的目标函数值,然后通过最小化目标函数值确立下一时刻的开关状态,使系统控制目标达到最优。将所提出的新的控制方法与原有的传统PI控制方法进行了仿真比较,仿真结果表明模型预测控制方法不仅实现了母线电压的稳定,使其超调控制在1.25%以内,而且使双向DC-DC变换器工作模式之间的切换时间缩短。     

永磁同步电机优化模型预测转矩控制

为了减少传统模型预测转矩控制(model predictive torque control,MPTC)的计算量并消除转矩与磁链之间的权重系数,优化MPTC方法,提出一种改进模型预测转矩控制方法,利用转矩与磁链无差拍预测控制原理在线计算下一周期预施加的参考电压矢量,根据参考电压所处扇区进一步确定待选电压矢量,无需对所有电压矢量作用下的系统行为进行预测,将传统方法的8次预测减小到2次,显著减小计算量;在其基础上,构建电压误差代价函数取代传统转矩与磁链误差代价函数,选取与参考电压误差最小的矢量作为最优电压矢量,消除了MPTC的权重系数,进一步简化系统结构。仿真与实验结果表明,提出的优化MPTC方法能够显著降低传统算法计算量,并且具有良好的控制性能。     

基于事件触发的永磁同步电机多步模型预测转矩控制

针对多步模型预测控制(MPC)计算量大的问题,将事件触发机制引入到永磁同步电机(PMSM)多步模型预测转矩控制(MPTC),建立基于转矩误差、磁链误差和连续触发次数的事件触发机制。当满足事件触发条件时,相应的采样周期无需多步预测计算,可从已有的控制序列中选择对应的电压矢量。仿真结果表明,基于事件触发的PMSM MPTC可行,由于事件触发时,牺牲滚动优化的特性,转矩和磁链脉动轻微增大,开关频率和平均运算量有所降低。