PMSLM的无差拍预测电流控制研究

传统的无差拍预测电流控制的永磁同步直线电机(PMSLM)驱动系统,采用一个采样周期进行双步计算的方式补偿时延问题,具有动态性能好、稳态精度高等优点,但对参数偏差导致的系统参数扰动,没有较好的解决方式。在此提出一种PMSLM的无差拍预测电流控制算法,考虑到电机的电气时间常数远小于机械时间常数,利用相邻周期的电压预测方程来消去参数扰动和反电动势分量,实现对参数扰动的实时补偿。实验结果表明,所提算法计算量小,有效地减小了参数扰动对电流预测精度的影响,实现了对电流的快速准确跟踪。     

基于自适应内模观测器的永磁同步直线电机高带宽强鲁棒预测电流控制策略研究

该文采用一种基于自适应内模观测器的预测电流控制策略,来提高永磁同步直线电机的电流环性能,进而实现直线电机的高精密跟踪控制。首先通过预测误差校正因子改进电流预测模型,提高每个采样周期的电流预测精度,减小电流纹波;其次建立内模观测器去估计电机参数失配带来的系统扰动,利用标称电流方程设计自适应算法,获得高带宽的扰动估计;接着采用离散的李雅普诺夫函数去选择满足系统稳定的自适应增益,充分抑制系统扰动,提高系统的鲁棒性;最后搭建基于半实物AD5435的直线电机控制平台,实验结果验证了该文方法的正确性和有效性。     

基于PDFF速度调节器的PMLSM无差拍电流预测控制

针对电磁弹射用永磁同步直线电机控制系统动态响应速度快、抗干扰能力强的需求,传统永磁同步直线电机PI控制系统无法满足控制需要的现状,本文设计了具有高动态性能、强鲁棒性的速度-电流双闭环控制系统。在转速环引入伪微分前馈-反馈调节器,电流环采用无差拍电流预测控制,同时为消除永磁同步直线电机参数失配以及外部扰动造成的电流波动,设计了扩张状态观测器对扰动进行观测,并对电压参考值进行补偿,提升了系统的鲁棒性和动态响应能力。最后利用MATLAB/Simulink仿真验证了设计的可行性,设计的系统相较于传统PI速度调节器电流预测控制系统动态响应速度更快、抗干扰能力更强。     

基于滑模扰动补偿永磁同步电动机PWM预测控制

针对表贴式永磁同步电动机PWM电流预测控制中电机模型失配以及参数摄动引起的电流稳态误差和振荡问题,提出基于滑模扰动补偿的PWM电流预测控制算法。在传统PWM电流预测控制基础上,将参数摄动引入电机电压方程,分别构建交、直轴滑模扰动补偿器对电流环输出电压进行实时性修正,抑制电机参数变化对控制系统的影响,并通过李雅普诺夫理论分析验证所提算法的稳定性。仿真结果表明,所提方法能够实现快速跟踪控制,提高了PWM预测控制系统对内、外部扰动的稳定性。     

基于ESO的PMSLM无差拍电流预测控制

基于无差拍电流预测控制的永磁同步直线电机(PMSLM)驱动系统,具有动态性能好、稳态精度高等优点。但是该方法对电机模型参数的准确性依赖较大,实际应用中实际参数与标称参数会有偏差,该偏差带来的参数扰动问题将影响电流控制质量。为此设计了一种改进的扩张状态观测器(ESO),引入扰动量误差作为观测值控制量,加快观测器收敛速度,并利用变增益方式减小了高增益观测器峰值过大的问题,最终将该ESO用于观测参数扰动,实现对参数扰动的实时补偿。实验结果表明:所提出的无差拍预测算法抑制了初始时刻电流峰值,实现了对电流的快速准确跟踪,对参数扰动具有较强的鲁棒性。     

永磁同步直线电动机电流控制方法

电流环的设计是永磁同步直线电动机(PMSLM)控制系统中非常重要的一个环节,所有的控制策略最终实质上都是对逆变器输出电流的控制,分别采用PI电流控制、滞环电流控制以及预测电流控制,三种电流闭环控制方法,实现了对永磁同步直线电动机的电流闭环控制,并分析了三种电流控制方法的优缺点。针对预测电流控制中存在的时延及参数扰动问题,引入三阶超螺旋滑模观测器实现对扰动的观测与补偿,从而提高了预测电流控制的鲁棒性。实验结果证明,预测电流控制方法能够兼顾系统的精度以及带宽要求,相较于前两者具有较好的控制特性。     

永磁同步直线电机无模型电流控制

为改善永磁同步直线电机的动态响应性能,提高电机控制系统的鲁棒性,针对传统永磁同步直线电机PID控制方法中参数不确定性导致的控制不稳定问题,提出一种无模型电流控制方法.该文基于超局部模型设计永磁同步直线电机控制系统的无模型电流控制器,分别搭建PID控制和无模型电流控制系统,在此基础上进行稳态运行、负载突加减和电机参数摄动的仿真及实验对比.结果表明,所提方法改善了永磁同步直线电机控制系统的动态响应性能,对电机参数不确定性具有较强的鲁棒性.     

基于滑模观测器扰动抑制的永磁同步电机模型预测控制方法

电机参数精度直接影响模型预测控制的性能,当出现参数失配时,会出现稳态误差,严重时影响系统稳定性。为了降低参数失配对模型预测控制性能的影响,提出了一种基于滑模扰动观测器补偿的模型预测电流控制算法。首先,将利用精确参数和离线参数预测得到的电流误差作为补偿项添加至预测模型中,构建了基于扰动补偿的永磁同步电机预测模型。其次,根据滑模变结构原理,建立了扰动观测器,并将实时检测到的扰动量用于模型预测计算中,用以补偿由参数失配带来的预测误差。由于所提出的滑模扰动观测器是根据新型双曲正切函数趋近律建立的,抖振现象能够得到抑制,且不需再使用低通滤波器,降低了延时效应。实验结果表明,提出的基于滑模扰动观测器补偿的模型预测电流控制能够降低由参数失配带来的稳态误差与电流波动,达到参数不失配时的模型预测控制精度,具有很高的应用价值。     

永磁同步电机自适应鲁棒电流预测控制

针对传统永磁同步电机电流预测控制易受电机内部参数摄动影响的问题,研究一种考虑电机内部参数摄动的自适应鲁棒电流预测控制算法。基于Lyapunov稳定性判据,设计自适应扰动观测器在线观测d,q轴系统扰动,用以实时补偿电流预测控制器的输出电压,校正系统扰动引起的模型失配,提高电流预测控制的抗参数摄动性能。实验给定永磁同步电机定子电阻、电感以及转子磁链三种参数摄动情况,结果验证了该自适应鲁棒电流预测控制算法的优良性能。     

永磁同步电机电流预测控制算法

在同步旋转轴系下,提出了一种基于无差拍算法的永磁同步电机离散化电流预测控制方法,来提高电机电流环的性能。基于电机数学模型,电流控制器根据电流给定和反馈值计算得到电压矢量,通过空间矢量脉宽调制模块将电压矢量转换为开关信号。引入了鲁棒电流预测算法,来减小预测模型参数误差对系统稳定性的影响。仿真和实验结果表明,与传统矢量控制相比,永磁同步电机电流预测控制算法有效地提高了伺服系统电流环的动态性能和稳态精度。     

基于扰动观测的永磁同步电机单环预测控制

针对模型预测控制算法应用于永磁同步电机的控制过程中,存在电磁、机械参数变化导致电机模型设定值可能与实际值不匹配或负载扰动等所引起的非线性扰动现象,造成算法存在预测误差进而影响控制系统动态稳定性的问题。提出了一种基于同步旋转坐标系下具有扰动观测器的转速-电流单环模型预测控制方法。首先,根据永磁同步电机的数学模型,设计单环模型预测控制器,进而降低控制器参数整定难度。其次,设计基于卡尔曼滤波算法与无偏模型预测控制方法相结合的扰动观测器,用于反馈补偿控制,通过估计预测量和输出量中的扰动项和状态量,来消除模型不匹配和负载扰动等影响。最后,仿真结果和实验验证均表明,所提出的具有扰动观测的单环模型预测控制方法,改善了电机参数的不确定性和外部扰动所带来的鲁棒性问题。     

基于增量电感拟合的开关磁阻电机电流预测控制

针对开关磁阻电机(SRM)相电感较小,造成有限的电流采样频率与控制频率内电流难以控制的问题,研究了一种固定调制频率的电流预测方法。该方法将电压方程离散化,用以预测下一拍的电压有效值并进行调制。对于预测算法中所需的增量电感参数,采用一种斩波旋转测量与傅里叶级数拟合相结合的方法,得到SRM全位置的增量电感参数。针对DSP控制的一拍延迟问题,引入了补偿方法。仿真与实验使用一台低电感6/4 SRM证明了电流预测控制的有效性。     

带延时补偿的永磁同步电机自适应无差拍电流预测控制

针对永磁同步电机(PMSM)的电流控制易受系统延迟、参数失配等因素影响,导致电流跟踪性能下降的问题,提出一种带延时补偿的自适应无差拍电流预测控制算法。在传统无差拍电流预测控制器(DPCC)基础上,针对参数失配引起电流跟踪性能下降的问题,改进了基于仿射投影算法的模型自适应补偿方法,设计了一种具有延时补偿的自适应电流控制算法。最后通过仿真试验,验证了所设计的带延时补偿的自适应无差拍电流预测控制对系统参数失配具有自适应补偿能力,可以有效消除系统延时的影响,提高电流环跟踪性能。     

组合开关状态的NPC三电平模型预测不平衡治理策略

三相四线制中点钳位(NPC)三电平不平衡补偿装置中点电压均衡会导致零序电流补偿不足,影响不平衡治理效果。为解决这一问题,提出组合开关状态的三电平模型预测不平衡治理策略,分析不同类电压矢量开关状态零序电流补偿与中点电压均衡的关系。并根据各类开关状态补偿零序电流能力,组合全零矢量、短矢量和中矢量13种开关状态进行模型预测不平衡治理。仿真对比不同组合开关状态在中点电压均衡前提下零序电流补偿能力,并采用所提出的开关状态进行不平衡治理。结果验证了组合开关状态控制的有效性和准确性。     

永磁同步电机无磁链电流预测控制

针对永磁同步电机PWM电流预测控制对电机模型参数的依赖性问题,研究了基于增量式模型的永磁同步电机无磁链电流预测控制方法。对传统PWM电流预测控制的稳定性以及参数摄动造成的电流静差进行了理论分析,表明参数摄动会对系统稳定性造成影响,造成电流控制静差。建立基于增量式状态方程的永磁同步电机模型,基于该模型设计无磁链电流预测控制器,保证控制器能够在无磁链参数参与的情况下运行,增强系统对磁链参数摄动的鲁棒性。选择适当的评价函数获取最优控制电压增量数学表达式。实验结果验证了新型控制策略的可行性。     

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。     

TSMC混合变压器的预测控制研究

针对目前混合变压器拓扑所存在的电路结构不紧凑、调制策略复杂、换流繁琐等问题,提出了一种基于双级矩阵变换器(Two-stage Matrix Converter, TSMC)的混合变压器拓扑。对TSMC混合变压器的拓扑结构、工作原理进行了分析。考虑到TSMC混合变压器在调节负载电压时需要较快的动态响应速度,提出了TSMC混合变压器的模型预测控制策略。建立了拓扑的离散状态空间模型,通过对负载电压与输入无功功率进行两步预测,实现对延时效应的补偿。根据两步预测值设计目标函数,利用目标函数预先评估各个开关状态的控制效果来控制开关状态,从而提高控制系统的动态响应速度。最后采用Matlab/Simulink工具建立了TSMC混合变压器系统的仿真模型。仿真结果验证了所提拓扑的可行性以及所提控制策略的良好动态特性。     

三相LCL并网逆变器无参数滑模预测控制策略

常规三相LCL并网逆变器模型预测电流控制方法存在计算量大、参数鲁棒性差等缺点。为了解决这些问题,提出了一种三相LCL并网逆变器无参数滑模预测电流控制方法。该方法利用滑模控制理论,建立了一种新型无参数电流控制价值函数,无需采用模型参数即可实现并网电流预测控制,从而简化了控制系统的预测过程。此外,该方法省去了逆变器侧电流传感器和电容电压传感器,节约了硬件成本,提高了系统运行可靠性。最后,根据常规模型预测电流控制和滑模预测电流控制的优点,提出了一种三相并网逆变器自适应预测控制方法,提高了并网逆变器控制对模型参数失准的适应能力。实验结果表明,在系统参数失准的情况下,所提出的控制策略具有更小的并网电流控制误差,有效地提高了系统参数鲁棒性。     

三相光伏并网逆变器多目标优化模型预测控制

三相电压型并网逆变器广泛用于光伏发电领域。逆变控制方法用于提高并网系统效率和响应质量。模型预测控制策略使用离散时间模型预测下一个采样周期所有可能的输出值,根据评估函数选取最优电压向量。将模型预测控制用于三相电压型并网逆变器中。首先,建立三相光伏逆变器在d-q坐标系下的瞬时功率数学模型。其次,设计预测函数在线预测逆变并网参数。选择合适的目标函数控制逆变器下一采样周期的输出值。d-q坐标系下的跟踪精确迅速,所提出的控制策略计算量小,无需PWM调制,更容易实现。然后,对模型预测控制进行多目标优化。设计电流解耦控制减小系统输出有功功率,改变评估函数提高输出电流质量,修正交流侧电压参数提高预测的准确性。最后,仿真和实验结果证明提出的控制策略输出电流具有良好的动态性能和较低的谐波畸变率,可快速跟踪给定的参考值,具有无功补偿的功能。     

单相级联准Z源逆变器有限集模型预测控制

以单相级联准Z源逆变器(quasi-Z-Source Cascaded Multilevel Inverter,qZS-CMI)为研究对象,以提高动态响应速度和降低开关频率为研究目标,提出一种优化有限集模型预测控制策略。首先,在分析不同工作状态对qZS-CMI状态变量的影响后,建立其离散时间模型。其次,以MPPT作为输入电流参考,根据所建立的离散时间模型,对准Z源网络的输入电流、输出电容电压、负载电流进行预测,并引入评价函数中,实现qZS-CMI系统的多变量综合协同控制。然后,将平均开关切换次数引入评价函数,优化系统的开关损耗。通过所提模型预测控制方法,无需输出电流控制环和直流侧电压控制环,降低了控制参数的调节难度,提高了系统的动态响应速度。最后,通过建立仿真模型验证了所提算法的有效性和正确性。