基于DSP的全数字化预测电流控制系统

提出了一种永磁同步电机的全数字化预测电流控制方案 .为了选择合适的电压空间矢量 ,实现电流跟踪控制 ,以固定频率采样定子电流 ,按电机模型计算出下一采样时刻逆变器的最优控制电压矢量 ,从而控制下一时刻实际定子电流去追踪下一时刻参考电流 .作者对电流跟踪性能作了深入地分析和仿真研究 ,并进行了初步实验 .研究结果表明 ,该系统具有良好的静态、动态性能 ,非常适用于全数字化高精度交流伺服系统 .     

同步磁阻电机的无模型预测电流控制策略

为了优化同步磁阻电机的驱动控制性能,设计了一种新型的同步磁阻电机无模型预测电流控制策略。无模型预测电流控制较之传统的模型预测电流控制的主要优点是其无需使用特定的电机模型,不依赖于电机参数,也无需进行反电动势估计。同时,新型无模型预测电流控制方案设计时有效避免了每个采样周期2次电流测量导致的电流尖峰和电流变化更新停滞降低预测性能的问题。新方案简单易行,无需使用脉宽调制技术。最后,对比试验结果验证了新型控制策略具有较优的控制性能。     

永磁同步电机无参数超局部模型预测控制

为了解决永磁同步电机在参数失配时模型预测控制效果不佳的问题,建立了永磁同步电机d-q轴电流的超局部模型,提出了一种的无参数模型预测控制方法.通过对每个控制周期内定子d-q轴电流变化量进行分解,得到受电机运行状态的影响较大的电流的自然响应分量,以及主要与电压矢量相关的强迫响应分量.利用临近控制周期中的电压矢量与电流变化量,单独解耦出电流自然响应分量进行实时计算,以达到快速跟踪的效果.使用递推最小二乘法估算电压矢量对电流的作用参数,从而计算电流的受迫响应分量.以较小的计算量实现了永磁同步电机的无模型预测控制.仿真和实验结果显示,无需预知电机参数即可获得优良的静态和动态性能,整体性能优于存在参数失配的传统模型预测控制,具有广泛的适用范围.     

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。     

简化计算的改进PMSM模型预测电流控制算法

针对传统永磁同步电机模型预测电流控制在1个控制周期内通过遍历寻优的方式确定1个最优电压矢量作用,使得d、q轴电流波动大及相电流畸变严重的问题,提出一种简化计算的改进模型预测电流控制算法。该算法将电压矢量平面划分为12个扇区,通过无差拍原理确定参考电压矢量位置角,得到2个备选电压矢量组合,通过一种基于价值函数最小化分析得到的简化方法求取矢量最优作用时间,利用改进方式对2个电压矢量组合进行快速择优并作用于电机。该算法在减少计算量的同时,保持了良好的控制性能,通过搭建仿真实验验证,有效减小了电流波动和相电流畸变。     

基于参数辨识的PMSM电流环在线自适应控制方法

针对永磁同步电机矢量控制系统中电流控制器性能因电机参数变化而下降的问题,提出了一种基于参数辨识的电流环在线自适应控制方法。利用带遗忘因子的递推最小二乘法对永磁同步电动机定子电阻和永磁体磁链进行在线辨识,然后利用得到的定子电阻和永磁体磁链对电机d-q轴电感进行在线估计,最后利用得到的辨识值计算出实时运行条件下的电流环PI参数值。实验结果表明采用本文方法计算所得的PI参数值能够在电机参数发生变化时快速实现电流的精确控制。     

基于自校正模型的感应电机鲁棒预测电流控制

有限集模型预测控制以其概念直观、动态响应快及易于处理非线性约束等优点,近年来成为电力驱动理论的国际研究前沿。然而,在感应电机有限集模型预测电流控制中,失配的电机参数将导致控制性能下降、电流谐波增大,甚至引起系统失稳。针对此问题,提出了一种基于自校正模型的感应电机鲁棒预测电流控制。首先,分析了失配电阻参数及励磁电感参数对电流矢量预测误差的影响规律。其次,摒弃了传统预测电流控制中的开环式预测模型,提出了定子电流自校正预测模型的构建原理及稳态性能计算方法。自校正模型是一种闭环式的架构,其可有效抑制失配参数引起的预测误差。最后,通过实验验证了所提方法的有效性,并从动态性能、瞬态性能及稳态性能等三方面综合评估了所提方法与传统的预测电流控制。     

面装式永磁同步电机电流矢量直接控制技术

对电机有效控制的关键是对电磁转矩的有效控制.通过对永磁同步电机传统矢量控制和直接转矩控制基本原理的对比分析,提出一种面装式永磁同步电机(surfacemounted permanent magnet synchronous motor,SPMSM)电流矢量直接控制技术.类似于传统矢量控制,其基本思想是对定子电流矢量幅值和相位的控制;类似于直接转矩控制,该技术无需通过旋转坐标变换对定子电流进行解耦,在两相静止坐标系下进行参数计算,采用Bang-Bang控制器,通过选取合适的空间电压矢量来对定子电流矢量幅值和相位进行滞环调节,进而获得优异的转矩动态响应.仿真结果表明,基于该控制技术的面装式永磁同步电机控制系统静、动态性能优异,计算量小,对电机参数不敏感,鲁棒性强.     

采用定子电流与扰动观测的永磁同步电机改进预测电流控制

提出了一种采用定子电流和扰动观测补偿的改进预测电流控制(PCC)算法。理论上永磁同步电机PCC具有优异的控制性能,但现实系统中离散采样延时与电磁参数时变等问题使得原理上基于模型的预测电流控制器的控制品质严重恶化。设计了龙伯格(Luenberger)状态观测器实现对定子电流与参数扰动的观测,并应用于补偿和改进经典的无差拍预测电流控制器。将观测到的当前时刻的定子电流替代当前时刻的采样电流用于反馈控制,以补偿采样延时;运行过程中电磁参数的变化使得模型参数失配,其影响以电压扰动的形式被观测出来,并补偿到预测控制输出的电压指令中。仿真和试验结果验证了所提方法的有效性。     

双三相永磁同步电机模型预测电流控制研究

六相逆变器为双三相永磁同步电机提供了丰富的电压矢量资源,能够使预测电流控制变得更加精准,但更多的电压矢量会带来算法计算量过大的问题,同时双三相电机的谐波电流会使电机的损耗增加,需要对其进行抑制。提出了一种改进的模型预测电流控制方法。利用最外围大矢量与次外围中矢量在z1z2子平面方向相反的特性,在一个控制周期内将两个矢量按照相应比例结合并作用于电机,可实现抑制谐波电流的目的。根据定子磁链所在扇区的位置确定出更小范围内的8个预测电压矢量,从而减少了系统运算量。同时以d,q轴电流误差项作为价值函数,消除z1z2子平面的电流误差项,如此可避免权重系数的整定。通过实验对所研究方法进行了验证,结果表明所提MPCC方法可以有效地降低谐波电流,并且具有良好的控制性能。     

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。     

感应电机无差拍模型预测转矩控制研究

传统模型预测控制（MPC）在三相两电平逆变器驱动感应电机系统中需对所有电压矢量进行滚动优化预测,计算成本高,实施难度大。为此,提出一种无差拍（DB）MPC,将滚动优化预测电压矢量从8个减少到3个。通过求解DB电压矢量和对DB扇区的划分,根据空间电压矢量位置确定扇区,只将扇区内矢量进行单步滚动优化预测,输出相对应的最优开关状态。仿真结果表明:DB预测转矩控制在减轻系统计算负担情况下,达到与传统MPC几乎相同的稳态跟踪性能。     

基于ESO的PMSM无差拍预测电流控制研究

在永磁同步电机调速系统中,优良的电流控制效果对系统的控制性能至关重要。为解决数字控制中存在的采样、滤波等因素带来的控制延迟,基于永磁同步电机在同步旋转坐标系下的数学模型,提出一种基于最小电流误差的无差拍预测电流控制策略。同时,为解决预测电流控制存在的对模型参数尤其是电机电感的参数鲁棒性较低的问题,结合自抗扰控制技术,在无差拍预测电流控制中引入了扩张状态观测器,对系统的内部和外部扰动进行观测并补偿。扩张状态观测器的引入不仅解决了系统参数鲁棒性较低的问题,同时也提高了系统的抗负载扰动能力。最终设计的系统具有转速跟踪性能良好、抗扰能力强、参数鲁棒性大大提高等优点。最后,通过仿真和实验验证了所提控制策略的可行性和正确性。     

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。     

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。     

Improved PMSM model considering flux characteristics for model predictive‐based current control

Model predictive‐based current control, which was proposed in our previous study, offers better current response performance by employing mathematical models of an inverter and a permanent magnet synchronous motor (PMSM). The performance of this kind of approach depends on the predictive model. From a more practical point of view, current behavior in the steady state should be improved. In our previous model predictive‐based current control, the inverter model was refined by taking the dead‐time into consideration. The use of the refined inverter model reduces the current offset in the control. However, the PMSM model was not investigated. This paper proposes a more appropriate PMSM model for model predictive‐based current control in order to improve the current prediction in the steady state. For the purpose, we incorporate more detailed magnetic flux characteristics instead of average characteristics into the improved PMSM model. Specifically, in the improved PMSM model, the inductance of the PMSM is divided into transient and steady‐state parts on the basis of magnetic saturation. The effectiveness of the improved model in the model predictive‐based current control is demonstrated through simulations and experiments. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.