机床用永磁同步电机预测电流控制方法研究

近年来,随着数字信号处理器和先进控制理论的发展,模型预测控制得到越来越多的关注和应用。针对数控机床用永磁同步电机常规单矢量模型预测直接电流控制方法存在电流谐波较大的问题,基于两电平电压源逆变器的基本电压矢量构造了6个虚拟电压矢量,并基于所构造的虚拟矢量建立了扩展电压矢量集。然后,设计了一种基于扩展电压矢量集的永磁同步电机预测电流控制方法。与常规的单矢量法相比,所提方法可明显降低电流的谐波,改善永磁同步电机的稳态控制性能。仿真和实验结果均验证了该方法的有效性,能够为同步电机在数控机床或相近的应用场合提供较好的理论支撑。     

开绕组电机控制系统的共模电压抑制方法研究

为解决单电源供电开绕组交流电机驱动系统存在的共模电压问题,分析了开绕组交流电机驱动系统与常规交流电机驱动系统共模电压的关系,给出了开绕组交流电机端的共模电压表达式,分别针对开绕组交流电机在常规直接转矩控制（DTC）和简化空间矢量调制直接转矩控制（SSVM—DTC）算法下的共模电压抑制问题,提出了电压空间矢量的选取方法,优化了两种控制策略。针对DTC,利用两个逆变器中4组不同空间电压矢量所产生的共模电压为零的特性,选取合适的组合以抑制共模电压;针对SSVM—DTC,将电机端给定电压空间电压矢量分解为两个幅值相等、相位与给定电压矢量互差30。的新电压空间矢量,以达到合成电压空间矢量共模电压为零的目的。仿真结果表明,共模电压的最大幅值会减小至接近于零,远小于原先的幅值,验证了该控制策略的有效性和可行性。     

基于 H∞ 复合控制的并网逆变器控制策略研究

为了实现对流入电网的谐波进行抑制,采用了一种电压前馈控制及 H _∞ 控制组成的复合控制为电流内环控制,PQ 控制为外环控制的策略. H _∞?控制可以增强系统谐波的抗干扰能力,降低并网电流谐波,电压前馈控制的引入可以减小并网逆变器系统的稳态误差,提升系统的准确性.最后,通过 Simulink 进行仿真实验,分析引入电压前馈前后的并网电流波形,仿真结果表明所提方法能够提高并网逆变器的性能.     

数控加工装备多驱动系统漏电流抑制方法

由于开关电流、电压中含有丰富的高次谐波,电机驱动系统中存在较多电磁干扰,导致多驱动系统漏电流抑制效果较差,为此提出数控加工装备多驱动系统漏电流抑制方法。基于变压器的转换作用,对漏电流产生原因进行分析与计算,建立多驱动系统拓扑结构,得到拓扑电路的输入与输出的电压方程。采用可以调节的 PWM 逆变器对直流转换,形成共模电压,在此基础上,通过耦合层计算后得到电流函数,完成多驱动系统漏电流抑制。实验结果表明,所提方法能够有效降低漏电流,抑制漏电流振荡,有效提高漏电流抑制效率,提升多驱动系统漏电流抑制效果。     

基于扩充虚拟矢量的永磁同步电动机模型预测直接转矩控制

针对传统模型预测直接转矩控制策略存在的计算效率低、电压跳变过高、稳态特性较差等问题，提出一种改进模型预测直接转矩控制策略。为提升电动机的稳态特性，基于最近三矢量原则构建36个虚拟电压矢量，并结合无差拍原理调节虚拟电压矢量中冗余矢量的作用时间；为防止逆变器输出线电压跳变过高以对电动机产生不良影响，仅选取电压跳变不超过U_dc/2的电压矢量作为备选电压矢量。同时，结合模型通过无差拍原理预测出参考电压矢量，选取与参考电压矢量位于同一扇区的电压矢量作为最终备选矢量集。实验结果证明了在额定工况下改进控制策略较传统控制策略的电磁转矩、定子磁链幅值误差和电流谐波畸变率分别减少了37.42%、32.00%和44.52%,程序执行时间减少了约11.52%。     

Z源逆变在电动汽车电机驱动系统中的应用研究

针对电动汽车在启动、加速和加载等工况下,蓄电池端电压因瞬间大电流放电而急剧下降,导致逆变器母线电压降低,电动汽车动力性能变差的问题,采用双向Z源逆变器代替传统的三相电压型逆变器驱动永磁同步电机,利用Z源逆变器独特的直通状态实现升压,并对其矢量控制算法进行了改进,搭建了矢量控制系统的仿真模型。结果表明,逆变器母线电压得到了提升,输出电压谐波含量减少,有效改善了电动汽车的动力性能。     

基于矢量调制的维也纳整流器共模电压抑制研究

针对维也纳整流器的安全可靠问题,对维也纳整流器的共模电压高和中点不平衡等方面进行了研究,提出了一种矢量调制方法以及时实现共模电压减少以及直流侧电压平衡控制。首先分析了共模电压产生的原因,通过提出的矢量调制减少了共模电压;然后分析了中点平衡产生的原因,通过所提出的矢量调制同时实现了中点平衡控制;利用维也纳整流器试验台对维也纳整流器的中点平衡控制和共模电压抑制效果进行了测试。研究结果表明:维也纳整流器的共模电压能够有效地得到抑制,而且维也纳整流器的线电压为标准的五电平波形,直流侧电容电压得到有效控制,输入电流的畸变率得到有效控制。     

基于自适应电流预测模型的LCL型三电平逆变器并联零序环流抑制策略

提出了一种基于自适应电流预测模型的零序环流抑制策略,该策略适用于共直流母线的并联运行的三电平逆变器。首先构建了零序环流等效模型,分析证明了并联系统的中点电位差和共模电压差为零序环流激励源;随后提出了一种基于预测模型的零共模电压控制方法,兼顾了中点电位平衡的控制效果并改善了并网电流质量,同时对并联系统之间的零序环流进行了有效抑制;其次设计了一种自适应电流预测模型,提高了在参数失配下并网电流的跟踪性能,减少了误差;最后通过MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型,验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

基于SHEPWM的三电平NPC逆变器中点电压波动抑制方法研究

针对基于传统特定谐波消除调制(SHEPWM)的三电平NPC逆变器的中点电压波动问题,分析了相电压中基波与三次谐波对中点电压波动的影响。建立了中点电压与三次谐波含量之间的关系,提出了基于三次谐波定量控制的改进SHEPWM方法,通过引入三次谐波控制方程重构SHEPWM开关角求解方程,并在此基础上以最大化程度抑制中点电压波动为目的,推导出了最优的三次谐波含量,在Matlab/Simulink平台上搭建了2 MW/3 k V逆变器并网模型,对改进SHEPWM方法的中点电压波动抑制效果进行了测试。研究结果表明:利用基于三次谐波最优含量控制的改进SHEPWM方法,能有效抑制中点电压的低频波动,提高NPC逆变器输出性能,降低直流环节电容。     

一种改进式三电平逆变器SVPWM控制技术研究

在介绍三电平逆变器基础上,研究了三电平逆变器空间电压矢量二(space vector pulse width modulation,SVPWM)控制,分析了三电平逆变器电压矢量分布情况和直流侧电容中点电位偏移原因.根据SVPWM控制规律,提出了一种基于矢量合成抑制中点电位偏移的SVPWM方法:利用合成矢量在采用周期内向中点注入电流为零,实现中点电位平衡.通过仿真分析,验证了抑制中点电位偏移控制策略的实用性和可行性.实验证明,三电平逆变器中点电位偏移能够被有效抑制,并且具有输出谐波含量低、输出波形好的特性,适合应用于高压大功率变流系统.     

An improved time-delay addition method for MOSA resistive leakage current extraction under applied harmonic voltage

The most monitoring techniques of metal oxide surge arresters are based on harmonics analysis of resistive leakage current. Therefore, the extraction of resistive component from total leakage current is required. Up to now, several methods have been proposed for resistive leakage current extraction such as time-delay addition method. This method is only able to separate accurate resistive component under pure sinusoidal applied voltage. An improved time-delay addition method is proposed in this paper which is able to extract surge arrester resistive component under applied harmonic voltage. To accomplish this purpose, experimental tests have been performed on 20 kV surge arrester and obtained voltage and leakage current signals have been applied to the proposed and previous algorithms for resistive component extraction. In addition to investigate the ability of proposed algorithm, a typical surge arrester has been simulated in ATP-EMTP software and total leakage currents have been applied to both algorithms for resistive leakage current extraction. Results show that the proposed method is able to extract resistive component under applied harmonic voltage more accurate than previous one. Therefore, it is an improvement with respect to previous one that only works for sinusoidal voltage.     

Predictive control strategies for wind turbine system based on permanent magnet synchronous generator

In this paper, Model Predictive Control and Dead-beat predictive control strategies are proposed for the control of a PMSG based wind energy system. The proposed MPC considers the model of the converter-based system to forecast the possible future behavior of the controlled variables. It allows selecting the voltage vector to be applied that leads to a minimum error by minimizing a predefined cost function. The main features of the MPC are low current THD and robustness against parameters variations. The Dead-beat predictive control is based on the system model to compute the optimum voltage vector that ensures zero-steady state error. The optimum voltage vector is then applied through Space Vector Modulation (SVM) technique. The main advantages of the Dead-beat predictive control are low current THD and constant switching frequency. The proposed control techniques are presented and detailed for the control of back-to-back converter in a wind turbine system based on PMSG. Simulation results (under Matlab-Simulink software environment tool) and experimental results (under developed prototyping platform) are presented in order to show the performances of the considered control strategies.     

Improved finite-control-set model predictive control for active front-end rectifiers with simplified computational approach and on-line parameter identification

In this paper, an improved finite-control-set model predictive control method is proposed for active front-end rectifiers where the computational effort and parameter mismatch problems are taken into account simultaneously. Specifically, a desired voltage vector which only requires one exploration is directly selected by using a single cost function, and the process of selection of the desired voltage vector is optimized by using a sector distribution method. Meanwhile, a model reference adaptive system-based online parameter identification approach is presented to alleviate the parameter mismatch problem. The advantages of the proposed method summarized as follows: First, the proposed algorithm reduces the eight possible voltage vectors to one. The exhaustive exploration can be avoided while the control performance is not deteriorated. Second, the proposed controller can mitigate performance degradation caused by the model parameter mismatch. Simulation results under various parameters operating conditions are presented to demonstrate the efficacy of the proposed method.     

基于滑模观测器的永磁同步电机模型预测电流控制研究

针对永磁同步电机无位置传感器高动态性能控制问题,对传统矢量控制存在电流内环PI控制器对系统性能的影响以及传统滑模观测器中动态转子位置角估计不准、稳态转速估计不精确等观测器性能进行了改进,提出了一种基于改进滑模观测器的永磁同步电机模型预测电流控制方法。根据永磁同步电机在同步旋转坐标系下的数学模型,选择了电机d、q电流作为状态变量,利用前向欧拉法推导出永磁同步电机d、q轴电流的预测模型。通过实时评估价值函数选出使得下一时刻电流跟踪效果最好的电压矢量,将其对应的开关状态作用于逆变器。同时,推导表贴式永磁同步电机的滑模观测器模型并对其观测出的转子位置角和转速进行补偿,得到较为精确的估算值。最后将算法在Matlab/Simulink进行了仿真试验。研究结果表明:所提出的控制方法动态性能好、稳态精度高。     

基于MMC的多端直流输电系统控制策略研究

在长距离的直流输电系统中,直流线路上的电阻对电压偏差控制的精度带来了较大的影响。该文提出了一种改进的电压偏差控制方法,推导了三端直流输电系统的dq坐标数学模型,充分考虑了直流电阻对控制参考值的影响,对电压偏差控制的取值进行了计算,并实现修正。在PSCAD/EMTDC环境中建立基于MMC的三端直流系统仿真模型,仿真结果验证了所提出的控制方法的可行性,能够有效避免直流电压偏差控制器中由于上下限动作电压选择不当而影响系统的动态响应,提升了系统的稳定性。     

带ESO的ANFTSMC控制PMSM的新型MPTC无传感器控制策略

针对电动汽车中永磁同步电机传统控制策略对电机控制性能差的问题,提出了一种新型的自适应非奇异快速终端滑模模型预测转矩控制策略.设计了新型自适应指数趋近率,用性质更佳的双曲正切函数tanh()替换传统的切换函数sgn(),并构造了带ESO扰动观测的新型ANFTSMC作为系统转速控制器,消弱了抖振,提高了系统鲁棒性.为实现调速系统的无传感器控制,构造了基于tanh(Fal)的ESO转速观测器.与传统基于Fal函数的ESO相比,观测误差较小,观测精度较高.同时,针对预测转矩控制策略,提出了新型的目标函数构造方法,避免了权重系数的设计,并对传统电压矢量选择方法进行了改进与优化,减少了算法的计算量,结合所设计的新型控制器可有效提高系统的快速性,增加算法的实用性.     

静止无功发生器SVG的VF-DPC控制策略

针对静止无功发生器(SVG)传统电流控制方式输出谐波较多、电流响应速度慢的问题,介绍了静止无功发生器的工作原理及运行特性,提出了一种基于虚拟磁链定向的直接功率控制策略(VF-DPC),以瞬时功率与给定功率的计算差值为依据,在设计中采用双滞环结构的思路对电压矢量扇区内开关表进行改进,将差值送入开关表选取矢量,并以整流器开关的模式实现了系统控制。同时运用Matlab/Simulink工具,基于TSM320LF2812D型DSP的平台,对VF-DPC的补偿方案进行了仿真调试,将实验室搭建系统应用于冶金电网。研究结果表明,基于虚拟磁链定向的直接功率控制的静止无功发生器能够缩短补偿电流全动态响应时间,减小输出电流畸变量,且现场测试系统电网功率因数得到大幅提高,输出电压电流相位相同,完全满足系统无功补偿控制要求。