一种优化感应电机无权重系数无差拍模型预测控制

为了降低感应电机传统模型预测控制(MPC)因电压矢量作用时间固定引起的转矩和磁链脉动,采用转矩无差拍(DB)控制优化电压矢量作用时间,并从精简电压矢量个数和消除权重系数对传统转矩DB控制进行优化。通过数字仿真和单片机试验对感应电机传统MPC、转矩无差拍模型预测控制(DB-MPC)和提出的优化策略的控制性能和实时性进行对比。仿真结果表明：传统MPC可通过扩充电压矢量来降低转矩脉动。DB-MPC可显著减小转矩脉动、磁链脉动和定子电流谐波含量(THD),可通过扩充电压矢量来减少磁链脉动和电流THD。优化控制策略减少备选电压矢量,无需权重系数,控制性能与DB-MPC基本相当。基于STM32F103单片机的计算耗时试验表明增加备选电压矢量显著增加计算耗时。相同备选电压矢量下,传统MPC与DB-MPC计算耗时基本相当。在相同控制性能下,优化控制策略可显著减少计算耗时,提高实时性。     

改进的永磁同步电机双矢量模型预测转矩控制

针对永磁同步电机（PMSM）传统模型预测转矩控制（MPTC）权重系数设置复杂、转矩和磁通脉动大的问题,提出了一种改进的PMSM双矢量MPTC方法。该方法扩展虚拟矢量以增加候选电压矢量,结合电压矢量作用于转矩和磁链的原则,减少选择候选矢量的计算量。同时,针对转矩无差拍和磁通无差拍,运用候选矢量的转矩占空比和磁通占空比构造了优化规则代替传统预测转矩控制中的代价函数,避免权重系数的整定问题。仿真结果表明,所提改进方法不仅提高稳态性能,而且能保持MPTC动态响应迅速的特点。     

基于矢量作用时间的新型预测转矩控制

为了获得期望的转矩和磁链幅值,文中推导了电压矢量作用下的两种最优矢量作用时间。借助矢量作用时间,提出一种无需权重系数整定的新型预测转矩控制(predictive torque control,PTC)算法。新型算法利用矢量作用时间衡量电压矢量对转矩和磁链的作用效果,代替了传统PTC中的转矩和磁链幅值预测环节,并将价值函数中的转矩和磁链幅值误差项分别替换为两种矢量作用时间,进而使价值函数仅包含时间这一量纲,从而避免了权重系数的整定问题。同时,依靠矢量作用时间选择最优矢量可以有效避免占空比调制环节在传统PTC算法中难以发挥作用的问题。新型算法将虚拟矢量与占空比结合,并对有限控制集进行优化,在减少了备选矢量的前提下获得更多的矢量方向和长度选择,提高了控制性能。实验结果表明该文算法具有更好的转矩和磁链控制性能。     

永磁同步电机的改进模型预测直接转矩控制

针对永磁同步电机直接转矩控制(DTC)中存在的转矩脉动和磁链纹波大的问题,提出一种改进的模型预测直接转矩控制方法。在两相静止坐标系下,依据无差拍控制理论计算出使电磁转矩和定子磁链在下一周期达到给定值的期望电压矢量。通过引入虚拟电压矢量将电压矢量空间划分成13个扇区,根据期望电压矢量所在扇区位置选取相应的实际电压矢量,可选取的实际电压矢量由传统的8个电压矢量扩展为14个电压矢量。该方法具有虚拟电压矢量占空比固定、调制简单以及运算次数少的优点。对直接转矩控制、传统的模型预测直接转矩控制以及改进的模型预测直接转矩控制进行仿真对比,结果表明,改进的模型预测控制方法能有效地抑制转矩脉动和磁链纹波,减小定子电流畸变率,提高系统的鲁棒性。     

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。     

感应电机无权值虚拟矢量模型预测转矩控制

为了消除感应电机(IM)传统模型预测转矩控制(MPTC)的加权值和减小算法的计算量,提出一种基于无差拍控制的无权值MPTC方法。通过转矩、磁链和电压之间的关系,基于磁链无差拍控制,得到一个期望电压矢量。通过判断期望电压矢量的位置,将电压控制集数量从8个减少为2个,减小了MPTC的计算负担。此外,价值函数中只含有一个转矩变量即可达到期望的控制效果,避免了加权值的设计。采用简化后的三矢量合成虚拟电压矢量,在扩大矢量选择域的同时也降低了传统虚拟矢量算法的复杂度,提高控制的稳态性能。仿真和试验结果证明所提方法具有良好的动、静态性能。     

永磁同步电机改进占空比模型预测转矩控制方法

针对永磁同步电机(PMSM)传统模型预测转矩控制(MPTC)存在转矩和磁链脉动较大的问题,提出了一种对占空比和电压矢量同时优化的模型预测转矩控制方法。该方法针对每一种电压矢量预先计算出使得下一时刻转矩和磁链误差最小的占空比,再通过价值函数同时选取出电压矢量和占空比的组合,并且在占空比计算过程中考虑了对转矩和磁链脉动的同时抑制。实验结果表明,所提出的控制方法能够较好地抑制转矩和磁链脉动。     

表贴式永磁同步电机磁链和转矩无差拍控制系统

建立了基于定子磁链坐标系的表贴式永磁同步电机(SPMSM)下一时刻的磁链和转矩计算简化模型,验证了可以采用简化模型来计算下一时刻的磁链和转矩,从而降低无差拍控制计算复杂程度,提高系统实时性能,并得到实现磁链和转矩无差拍控制的理想输出电压矢量。采用模型预测控制(MPC)选择最接近理想电压矢量的基本电压矢量作为输出电压矢量。仿真验证了所提SPMSM磁链和转矩无差拍控制系统的可行性。为了进一步提高系统实时性能,提出2种无需MPC的基本电压矢量简化选择方法。仿真结果表明所提出的电压矢量简化选择方法控制效果与传统MPC非常接近,但省却了MPC计算,减小了系统计算负担。     

永磁同步电机三矢量优化预测磁链控制

永磁同步电机的传统模型预测控制由于备选电压矢量覆盖范围有限,因此存在单个控制周期内计算复杂、电流脉动大等缺陷,在实际工况中难以实现良好的控制性能.针对这一问题,以磁链为控制变量提出一种优化三矢量模型预测磁链控制策略,利用磁链无差拍原理计算下一周期的第一最优电压矢量,相比传统方法可减少单个控制周期内的预测次数;再遍历第一最优电压矢量与剩下有效电压矢量的所有组合选择第二最优矢量,达到备选电压矢量覆盖范围最大化;最后引入零矢量调节合成电压矢量幅值.仿真和实验验证结果表明,与单一矢量预测磁链控制相比,三矢量MPFC在保证动静态性能的同时,能够明显减小电流谐波和转矩脉动,降低计算复杂度,提高在实际系统中的控制性能.     

基于简化控制集的双三相永磁同步电机模型预测磁链控制

针对双三相永磁同步电机传统模型预测转矩控制计算量较大和权重系数整定过程繁琐的问题，提出一种基于简化电压矢量控制集的模型预测磁链控制算法。首先，将对电磁转矩和定子磁链幅值的控制转化为对定子磁链矢量的控制，消除代价函数中定子磁链幅值误差项的权重系数；然后，采用虚拟电压矢量作为控制集，抑制谐波电流，消除代价函数中的谐波磁链误差项；最后，通过判断定子磁链矢量误差的位置简化电压矢量控制集，将每个控制周期待评估的有效电压矢量由12个减少到5个，降低整个算法的计算量。实验结果表明，所提算法能够减小电磁转矩脉动，抑制谐波电流，而且在保持良好的控制性能的同时，可以显著地减少计算时间，具有更好的工程实用价值。     

基于电压矢量利用率的永磁同步电机模型预测转矩控制备选电压矢量集合

传统模型预测控制(MPC)采用电压源逆变器(VSI)生成的全部7个电压矢量作为备选电压矢量集合,造成较大的运算负担。不同条件下,模型预测转矩控制(MPTC)系统对7个电压矢量的实际利用率并不均衡。在考虑定子磁链扇区、磁链和转矩控制信号和转矩角条件下,分析了表贴式永磁同步电机(SPMSM)MPTC系统对7个备选电压矢量的实际利用情况,并基于电压矢量利用率规律,提出了可动态变化的备选电压矢量集合。仿真结果表明与传统备选电压矢量集合相比,所提备选电压矢量集合可在保持控制性能基本相当的同时,减小备选电压矢量个数,有效提高系统实时性能。     

基于开关序列的永磁同步电机模型预测磁链控制

为了消除传统的模型预测转矩控制(Model predictive torque control,MPTC)算法中的权重因子,减小计算量并提高稳态控制精度,本文提出了一种基于开关序列的永磁同步电机模型预测磁链控制(Model predictive flux control- switching sequence,MPFC-SS)算法。首先,通过分析电磁转矩和磁链的关系,将对转矩和定子磁链幅值的控制等效转换为对d、q轴磁链的控制,避免了权重因子的设计;其次,采用定子磁链无差拍预测控制计算所需的参考电压矢量,并根据其所在扇区选择对应开关序列;然后,基于磁链无差拍预测控制原则,计算开关序列中基本矢量的最优作用时间,有效减小电流谐波和转矩脉动,实现定子磁链的准确跟踪。最后,对传统MPTC和所提算法进行了实验对比研究,结果表明：所提算法具有计算量小、电磁转矩脉动小、电流谐波含量低等优点。     

基于拓展电压矢量集合的表贴式永磁同步电机磁链和转矩无差拍控制

建立了定子磁链坐标系下表贴式永磁同步电机(PMSM)磁链与转矩变化量简化计算模型,针对直接转矩控制（DTC）转矩脉动较大的问题,提出磁链和转矩无差拍（DB）控制。基于简化计算模型,推导出DB控制的理想电压矢量,并采用模型预测控制（MPC）技术实现DB控制。为了提升系统性能,提出一种基于角度拓展电压矢量的方法,将备选电压矢量数目增加到37个,并通过判断理想电压角度减少了计算负担。采用查表方式直接生成电压矢量,无需空间矢量调制（SVM）计算,提高系统实时性能。仿真结果表明：拓展电压矢量集合可降低转矩脉动。为了进一步减低磁链与转矩脉动,提出一种基于角度与幅值的电压矢量拓展方法,仅需判断电压矢量角度和幅值是否接近理想状态,查表即可产生幅值任意的电压矢量。仿真结果表明：该方法可进一步显著减小磁链和转矩脉动。     

基于转矩误差带的表贴式永磁同步电机MPTC系统精简策略

传统表贴式永磁同步电机(SPMSM)模型预测转矩控制(MPTC)需要遍历逆变器生成的全部7个电压矢量,计算量较大。由于零电压矢量使得磁链和转矩缓慢变化,常在转矩误差较小时,被用于保持磁链和转矩。分析了不同转矩误差带下,传统MPTC对零电压矢量使用情况,提出通过转矩误差带动态调整备选电压矢量。当转矩误差位于误差带之内时,电机系统直接输出零电压矢量,无需MPTC,否则,采用逆变器生成的6个非零电压矢量。仿真结果表明：基于转矩误差带的精简控制策略的SPMSM系统运行正常。与传统MPTC相比,控制性能基本相当,平均开关频率降低至20%,平均遍历次数降低至12.43%,有效减少了系统计算负担。     

基于卷积神经网络和直接转矩控制的永磁同步电机模型预测转矩控制策略

模型预测转矩控制(MPTC)需要遍历所有备选电压矢量进行预测计算,从中选择最优电压矢量,控制性能良好,但算法计算量大和实时性差。采集MPTC的运行数据离线训练卷积神经网络(CNN),将训练好的CNN代替MPTC进行电压矢量选择。为了解决CNN失控问题,提出了基于CNN控制和直接转矩控制(DTC)的MPTC策略。仿真结果表明,该控制策略可有效解决CNN控制的失控问题,控制效果与MPTC基本相当,转矩和磁链脉动明显低于DTC。     

永磁同步电机有限控制集模型预测转矩控制系统研究

建立了基于定子磁链x-y坐标系的永磁同步电机(PMSM)有限控制集模型预测转矩控制(FCS-MPTC)系统,仿真验证了系统的有效性和可行性。针对磁链和转矩预测模型较为复杂的问题,提出了磁链和转矩的简化预测模型。理论分析、仿真和试验结果验证了FCS-MPTC的简化模型与常规模型控制效果相当,可明显减小计算负担,提高系统实时性能。将电压矢量幅值和角度作为FCS-MPTC的控制变量,设计了变幅值变角度的备选电压矢量集合。仿真结果表明该备选电压矢量集合可有效减小稳态转矩脉动,但动态性能不及传统备选电压矢量集合。基于不同备选电压矢量的特点,提出了根据系统状态自适应动态变化的备选电压矢量策略。仿真结果表明,该控制策略在静动态下均可取得良好的控制性能。     

表贴式永磁同步电机直接转矩控制变幅值预测控制研究

基于以电压矢量幅值为变量的表贴式永磁同步电机(SPMSM)磁链和转矩方程,采用预测控制计算得出施加不同电压矢量幅值的下一时刻磁链和转矩值,选择使磁链和转矩误差目标函数最小的电压矢量幅值作为最优值,从而确定下一时刻施加的电压矢量。仿真结果表明:在电压矢量变幅值预测下,SPMSM直接转矩控制(DTC)系统运行良好,定子磁链轨迹为理想圆,磁链和转矩均符合控制要求,转速跟踪良好,定子电流波形正弦。预测控制需要从备选电压矢量幅值集合中选择最优幅值。理论上,备选电压矢量幅值个数越多,系统优化效果越好,但也带来更大的计算负担。研究了9种等分电压矢量情况下变幅值预测控制系统的控制效果。根据控制效果和计算负担,提出变幅值预测控制将电压矢量幅值三等分较为理想。     

基于模型预测的PMSM直接转矩控制转矩脉动抑制方法

针对传统直接转矩控制方法转矩脉动大的问题,提出了一种基于预测控制减小转矩脉动的方法。首先对定子磁链矢量扇区进行了更加细致的划分,增加了可选有效电压矢量的数量,进而提高直接转矩控制的自由度。在此基础上,分析了零电压矢量对定子磁链幅值与转矩的影响,将零电压矢量加入到控制过程中,最后通过预测控制方法选择最优电压矢量。仿真结果表明,所提方法可有效降低转矩脉动,转矩脉动最大可降低61%,同时所提方法与传统直接转矩控制方法相比,具有更好的动态响应性能。     

一种双三相永磁同步电机的多矢量模型预测转矩控制

双三相永磁同步电机(DTP-PMSM)的传统模型预测控制(MPC)在一个控制周期内仅作用一个电压矢量,使得电机的控制效果不理想,尤其是稳态时的转矩波动。针对这个问题,提出一种基于虚拟电压矢量(VVV)的多矢量模型预测转矩控制(MPTC)策略。该方法在一个控制周期内作用多个电压矢量,扩大了矢量调制范围。通过这种方式,减小了转矩脉动,提高了稳态性能。此外,该策略采用了VVV,因此该策略抑制了谐波电流。选用无权重因子的代价函数对候选矢量组合进行筛选,降低了算法的复杂度。最后,在试验平台上,通过与传统双矢量MPTC进行对比验证了所提算法的有效性。