永磁同步电机模型预测电流控制比较研究

对永磁同步电机的3种模型预测电流控制方案进行了比较研究。传统模型预测电流控制策略在单个采样周期中输出一个电压矢量,选择使价值函数最小的电压矢量输出。双矢量模型预测电流控制策略在单个采样周期中输出2个电压矢量,并分别计算2个电压矢量的作用时间,使输出电压矢量与期望电压矢量更加接近。三矢量模型预测电流控制策略在单个采样周期中输出2个有效电压矢量和一个零矢量,扩大备选电压矢量的覆盖范围,减小电流脉动。为了比较3种控制策略的动、静态性能,进行了对比仿真分析。仿真结果表明,多矢量模型预测电流控制具有良好的动静态性能,与传统模型预测电流控制相比,能有效地减小电流脉动。     

基于滑模模型参考自适应系统观测器的永磁同步电机预测控制

针对一种三电平驱动的永磁同步电机控制系统,设计了一种无速度传感器有限集预测控制策略。首先,针对三电平逆变器驱动电路,采用有限集预测控制策略将其开关控制矢量看成一个有限集,在此有限集中搜索使目标函数最优的开关矢量,目标函数选择为输出误差电流,保证了电机定子电流波形的质量。其次,基于滑模模型参考自适应系统(MRAS)方法,利用电机本体的参考模型与电流模型的输出误差构造滑模面,设计了电机速度观测器,以改善位置和速度估计精度并提高系统的鲁棒性,并分析证明其稳定性。实验结果表明预测控制器较传统PID控制器能够提高定子电流波形质量,同时观测器能够较精确地估计永磁同步电机转子位置和速度,具有较好的鲁棒性。实现了对永磁同步电机的无传感器预测控制。     

基于参考电流斜率的永磁同步电机三矢量模型预测电流控制

永磁同步电机（PMSM）传统模型预测电流控制（MPCC）策略由于输出电压矢量幅值及相位无法调节,导致其稳态性能较差。提出了一种基于参考电流斜率的三矢量模型预测电流控制策略。该方法将参考电流斜率与基本电压矢量电流斜率进行比较,无需使用价值函数遍历所有的电压矢量,即可选择出两个有效电压矢量,并与零电压矢量以一定的占空比组合,合成输出的电压矢量能够覆盖一定范围内的任意幅值、任意相角,且该策略相较于传统模型控制显著减少了系统整体计算量。仿真结果表明,相较于传统模型预测电流控制策略,所提控制策略可有效减小电流脉动,提高系统的稳态性能。     

三相矢量下永磁同步电机占空比预测电流控制

针对永磁同步电机在传统模型预测控制下,存在单个控制周期计算复杂、稳态电流波动较大、开关频率不固定等问题,提出一种三相电压矢量下的永磁同步电机占空比预测电流控制策略。该策略运用三相电压矢量进行预测控制,仅经3次预测后,利用最优、次优电压矢量进行一次占空比计算,经转化后即可得出两电平逆变器单控制周期内三相开关时间,从而输出任意幅值、相角的期望电压矢量。仿真结果表明,该策略与经典双矢量和三矢量预测电流控制相比,其控制性能更优异且耗时更短。     

基于改进型有限控制集模型预测的永磁电机直接转矩控制

采用直接转矩控制的永磁同步电机驱动系统存在转矩脉动较大的问题。为了解决该问题,提出了一种基于改进型有限控制集预测的永磁电机直接转矩控制。新型控制策略结合使用了有限控制集模型预测控制和李亚普洛夫理论,以尽量减少转矩脉动。将两电平拓扑变频器的8个空间矢量作为一个有限控制集,用于控制永磁同步电机输出转矩,设计了一个综合考虑转矩误差、最大转矩电流比和电流限制的成本函数。和传统的有限控制集控制模型预测不同,新构建的成本函数采用了李亚普洛夫函数来估计每个电压空间矢量的占空比,同时引入了补偿实现了固定开关频率控制。最后通过对比试验验证了新型控制策略的有效性。     

矢量集优化的永磁同步电机转矩预测控制

传统三相永磁同步电机有限状态集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control,FCS-MPC)采用枚举法遍历所有基本电压矢量,选择最优电压矢量,用以预测下一时刻的转矩和磁链,运算量较大,限制了其实时性。针对以上问题,提出一种优化的模型预测转矩控制算法,该算法由磁链和转矩误差估算期望电压矢量,基于期望电压矢量的位置选择候选电压矢量,减少候选电压矢量的数量,从而提高了算法的实时性,并在Matlab环境下对所提优化算法进行了仿真实验。实验结果表明,该算法与传统FCS-MPC算法相比,系统具有良好控制性能的,同时将运算时间减少了42%,便于工程实现。     

基于虚拟矢量调制的T型并网变换器模型预测控制

针对传统有限集模型预测控制(FCS-MPC)开关频率不固定、寻优过程计算量大等缺点,提出了一种新型基于离散空间矢量调制的改进型模型预测控制算法,该方法通过采用由实矢量线性组合生成虚拟矢量的方式,实现了在单开关周期内输出多个实矢量和固定的开关频率;通过引入虚拟矢量调制增加了矢量控制集,有效减小了网侧电流纹波,改善了并网电流质量.给出了离散矢量调制的实现方案,并基于一台7 kW的实验样机平台进行了必要的实验验证分析.实验结果表明,与传统的FCS-MPC方法相比,所设计的虚拟矢量调制方法有效提高了网侧电流输出质量,有效抑制了网侧电流纹波并改善了系统动态响应性能.     

基于纹波电流前馈的并网逆变器模型预测控制方法

研究了一种基于纹波电流前馈的单相并网逆变器的电流控制方法。首先研究了适用于单相并网逆变器的传统有限集模型预测控制算法(FCS-MPC)。随后研究了输出电流的纹波特征,接着通过改进传统的有限集模型预测控制算法,在此基础上增加了前馈纹波电流环节,以达到降低单相并网逆变器输出电流纹波的目的。最后通过仿真和实验,证实了所提控制方法的有效性。     

基于三矢量模型预测电流控制的共模电压抑制策略

针对永磁同步电机(PMSM)驱动系统中存在的共模电压高、电流脉动大的问题,提出将无零矢量调制(NSPWM)方法与三矢量模型预测电流控制算法结合进行控制。已有的单矢量模型共模电压抑制策略电压矢量方向固定,可选矢量范围有限,电流脉动仍较大。而三矢量模型预测电流控制共模电压抑制策略基于NSPWM在每个扇区利用3个非零矢量合成目标电压矢量,矢量范围覆盖广。结合无差拍电流控制,在实现共模电压抑制的同时,还能减小电流脉动,提高系统动态响应。通过仿真和试验验证了所提控制策略的有效性。     

基于PID型代价函数的永磁同步电机模型预测电流控制

有限集模型预测控制(FCS-MPC)存在控制性能依赖于模型参数准确度的问题.为此,在永磁同步电机FCS-MPC电流控制场合,提出一种比例-积分-微分(PID)型代价函数,包括用以消除稳态电流误差的积分误差代价和具有降低电流方均根误差功能的微分误差代价.在PID型代价函数概念中,可将传统的给定跟踪型代价函数归类为比例误差代价.实验结果证明,采用PID型代价函数的FCS-MPC,能在较大参数变化范围将平均控制误差降为零,并抑制电流纹波,降低FCS-MPC对模型参数的依赖性,同时保留FCS-MPC动态响应快的优点.     

永磁同步电机有限集模型预测直接转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)模型预测直接转矩控制(DTC)转矩脉动大、功率元件开关频率不恒定等问题,将两电平逆变器的8个电压空间矢量作为有限控制集,应用到PMSM DTC中。设计考虑转矩误差、最大转矩电流比及电流约束的成本函数,利用成本函数来估算有限集合中各电压矢量的占空比,从而求得逆变器的最优电压矢量作为系统控制量。与传统模型预测控制方法相比,该方法的电流谐波和转矩脉动显著降低,且转矩动态性能也得到改善。仿真试验结果验证了所提出的控制方案有效性。     

基于有限集电流预测控制的永磁同步电机转矩脉动抑制

永磁同步电机(PMSM)磁场定向控制策略鲁棒性差、动态响应速度慢,一般需要复杂的PID参数整定方法,并且很难在较大的速度范围内通过固定的一组PI参数获得较优的静动态性能。为了解决上述难题,提出一种有限控制集电流预测策略用于PMSM的电流环控制,该方法直接处理离散开关状态集合而无需复杂的空间矢量调制过程,利用快速转矩响应通过电流偏差构造价值函数对电机负载切换时转矩脉动进行优化。对控制延时进行补偿减小电流谐波畸变降低稳态转矩脉动。仿真结果表明:与传统的磁场定向控制方法相比,所提方法具有更好的静动态性能,且在低速、高速时该方法均可以有效的减小定子电流波动,抑制了电机的转矩脉动。     

基于混合控制集预测控制的永磁同步电机电流脉动抑制方法

模型预测控制(MPC)技术近年来在高动态性能电机驱动系统中应用广泛。为了克服传统MPC技术中有限控制集(FCS)造成的稳态电流脉动问题,提出了一种基于混合控制集(MCS)预测控制的永磁同步电机(PMSM)电流脉动抑制方法。分析建立PMSM预测控制系统离散数学模型,并分析电压矢量精度与电流脉动之间的关联性;在此基础上,MCS-MPC将电压源型逆变器有限的有效电压矢量数,扩展为多个以占空比形式存在的虚拟电压矢量,并基于上述虚拟电压矢量完成MPC优化问题在线求解;此外,考虑到MCS-MPC系统的参数敏感性问题,对MCS-MPC系统反馈噪声问题进行分析讨论。最后,搭建双15 k W PMSM对拖样机测试平台进行试验分析,分析内容包括MCS方法动态跟踪特性、电流脉动稳态效果。试验结果表明所提出的MCS-MPC方法在保留了传统预测控制技术高动态响应的基础上,可有效降低PMSM稳态电流脉动幅度和运行噪声。     

永磁同步电机鲁棒有限集模型预测电流控制算法

在永磁同步电机(PMSM)驱动系统中,基于有限集模型预测电流控制(FCS-MPCC)算法所设计的系统电流内环控制器,性能受电机参数变化的影响。推导了PMSM预测模型,同时以电压矢量为约束项重构价值函数,并针对数字延时导致的电流纹波问题进行了补偿。提出了一种鲁棒性较强的FCS-MPCC算法,通过在预测模型中引入权重系数并定量调节,以降低算法对参数的敏感性。仿真结果表明,所提算法有效,能使系统具备良好的动态性能和稳态精度。     

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。     

一种基于自抗扰的永磁同步电机复合控制策略

为进一步提高永磁同步电机自抗扰控制器(ADRC)的调速控制性能,简化控制器参数整定的复杂程度,提出了一种复合ADRC控制策略。首先,速度环采用模糊参数整定的滑模自抗扰控制器,并分析了主要参数的整定方法。其次,设计了滑模转矩观测器,来估计实时的负载转矩。最后,设计电流环,采用有限集模型预测控制(FCS-MPC),对三相两电平电压源型逆变器的8种开关序列遍历寻优,并抑制转矩的脉动。仿真结果表明：该复合控制策略能有效提高永磁同步电机ADRC的控制性能,增强系统的抗扰动能力以及鲁棒性,控制性能优于传统的ADRC控制和PI控制。     

双永磁同步电机系统非级联预测速度同步控制

针对传统双电机控制系统中,运动惯性以及响应不及时等影响速度同步精度和动态响应速度的问题,本文提出了一种双永磁同步电机系统非级联预测速度同步控制策略,将双电机系统看作一个多输入多输出系统进行统一建模,应用有限控制集模型预测控制设计一个紧凑的双电机系统控制器,并将速度同步误差、速度跟踪误差和电机运行性能同时引入模型预测控制的价值函数中,实现多变量的协同优化控制。此外,为满足实际用户需求,引入弱磁、电流限制两个前端模块实现对电压、电流的约束。最后通过仿真进行了转速阶跃信号跟踪、抗负载扰动等对比验证,结果证明所提出的非级联预测速度同步控制策略较传统交叉耦合控制策略能够更有效提升双永磁同步电机系统的转速同步控制性能