永磁同步电机多步模型预测电流控制成本函数优化计算研究

针对表贴式永磁同步电机(PMSM)多步模型预测电流控制过程中运算量大的问题,提出一种成本函数优化计算的多步模型预测控制。成本函数优化计算采用事件触发机制,通过设置成本函数阈值动态精简多步预测的运算量。仿真结果表明：成本函数优化计算的多步模型预测电流控制性能良好,与传统方法完全等价,控制效果相当。基于STM32H743单片机平台,优化方法和传统方法单控制周期执行时间。试验结果表明：对于多步预测,优化算法可减少单控制周期执行时间,两步预测减小至77.71%,三步预测减小至53.95%,四步预测减小至39.76%,五步预测减少至33.48%,在控制性能与传统方法相当的条件下,提高系统实时性能。     

基于MTPA的永磁同步电机模型预测转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)高凸极率的结构特点,提出了一种基于最大转矩电流比(MTPA)的永磁同步电机模型预测转矩控制方法。首先结合数字处理系统的离散化特点,建立了PMSM调速系统的离散预测模型;重点分析了系统多个优化目标的实现机理,其中包括:开关状态限制、电磁转矩控制、MTPA优化以及最大电流限制;进而指出通过构建合适的目标函数,即可实现多项优化目标的综合最优。样机实验结果表明,所提方法在保留模型预测控制(MPC)高动态响应特性的基础上,可以有效地实现PMSM调速系统多个优化目标的综合最优。     

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。     

基于改进鲸鱼算法的PMSM双预测控制

针对传统永磁同步电机(PMSM)模型预测速度控制(MPSC)中权重因子不能有效整定的问题,提出一种基于改进鲸鱼优化算法(WOA)的权重因子自整定方法,避免了繁琐的参数调整过程。将电机转速误差的绝对值和控制量平方项加权积分作为优化目标,通过迭代寻优获得优化权重因子。并且由于电流环采用传统比例积分(PI)控制会使电流控制存在动态响应时间过长、抗负载能力较差等缺陷,因此在改进MPSC基础上再将带有反馈补偿环节的改进型无差拍预测控制(DPCC)应用到电流环,从而形成PMSM双预测控制。实验结果表明所提控制方案是有效的,能够实现对电机转速的精准控制和电机电流快速平稳跟踪,提高了系统鲁棒性。     

六相串联三相双PMSM系统无权重系数MPTC

针对六相串联三相双永磁同步电机(PMSM)系统提出了一种无权重系数的模型预测转矩控制(MPTC)策略,使用基于六相相电压误差的成本函数以消除传统成本函数中的权重系数.基于两台PMSM转矩方程的微分表达式和定子电压方程得到两台PMSM的期望电压矢量,同时由零序电流比例积分(PI)调节器得到期望零序电压,最后通过矩阵T6得到期望六相相电压.为抑制零序电流和缩短控制策略的计算时间,根据期望零序电压的大小,仅预选最多20个电压矢量代入到成本函数中优选出最优电压矢量.实验结果表明,所提控制策略独立解耦控制两台PMSM,同时实现两台PMSM转矩及定子磁链幅值的精确跟踪和零序电流的有效抑制.     

基于改进金枪鱼群算法PMSM自抗扰控制

针对传统永磁同步电机(PMSM)调速系统在受到外部环境干扰、参数易变等不确定性因素的影响下系统鲁棒性变差的问题,提出一种基于改进金枪鱼群优化(ITSO)算法的PMSM自抗扰控制(ADRC)策略。首先,针对ADRC中fal函数在拐点处不平滑的问题,提出了一种改进fal函数,减小了系统的高频抖振。其次,由于ADRC中参数多且不易整定,利用ITSO算法对参数进行寻优整定。为了避免电流环在采用比例积分(PI)控制时电流控制存在抗负载能力差、响应速度慢等问题,将降低电感权值后的改进型无差拍预测控制应用到电流环。最后,进行仿真和半实物实验验证,结果表明所提控制策略具有良好的系统响应和控制精度,明显提高了系统的鲁棒性。     

基于扩展卡尔曼滤波的永磁同步电机无电流传感器预测控制

针对永磁同步电机(PMSM)因过电压、过电流及误操作等容易造成电流传感器故障,影响PMSM的控制精度的问题,提出一种基于扩展卡尔曼滤波的PMSM无电流传感器预测控制算法。对于PMSM,通常需要两个电流传感器来采集定子电流信息,所提方法通过扩展卡尔曼滤波估计定子电流代替电流传感器。通过基于扩展卡尔曼滤波的PMSM无电流传感器预测控制算法与常规有电流传感器在线变速和变载仿真对比得到,所提方法具有和有电流传感器相同的控制性能。参数鲁棒性仿真表明,所提方法具有较强的参数鲁棒性,能够满足实际控制需要。     

基于转矩分配函数的开关磁阻电机预测转矩控制

开关磁阻电机独特的双凸极结构导致电机在运行过程中产生较大的转矩脉动,限制了开关磁阻电机的应用范围.为抑制转矩脉动,本文将转矩分配函数和模型预测控制相结合,提出一种基于转矩分配函数的预测转矩控制策略.首先,由转矩分配函数将参考转矩离线分配至各相;其次,利用开关磁阻电机离散模型预测下一周期转矩大小;最后,通过代价函数选取最优控制量跟踪参考转矩.相较于传统的基于转矩分配函数的电流斩波控制方式,新控制策略取消了电流滞环,提高了控制精度.仿真和实验结果表明,相较于传统电流斩波控制,本文提出的基于转矩分配函数的预测转矩控制具有更好的转矩脉动抑制效果.     

无权重系数的永磁电机宽范围预测速度控制

为提高永磁同步电机系统的宽范围调速精度和动态响应性能，并解决预测速度控制中传统价值函数权重系数难以调整的问题，本文提出一种无权重系数的永磁电机系统快速预测速度控制策略，并结合电压矢量优化提出一种新的拓宽调速范围的方法。首先建立PMSM离散化模型，并进行参考电压矢量的预测，之后改进价值函数到电压量纲以省去权重系数，并根据参考电压矢量所在扇区位置进行备选矢量的选择，以缩短计算次数。同时为拓宽PMSM的调速范围，结合电压比较法，并从α-β坐标系电流极限和电压极限角度分析，辅以电压矢量调节时间的修正以实现对电流和电压的限制。最后，通过实验研究证明所提出的控制策略能够满足宽范围调速的动稳态需求，且无需权重系数整定。     

基于输入电流连续型开关升压变换器的永磁同步电机预测电流控制方法的研究

针对传统永磁同步电机(PMSM)驱动系统存在的问题,应用一种连续型开关升压逆变器,通过应用预测控制方法提高PMSM控制性能。拓扑电路在逆变电路和输入直流电源之间加入一个开关升压电路,以达到提高系统电压增益和消除死区的目的,同时可使系统具有更高的可靠性。此外,采用预测电流控制(PCC)方法对PMSM进行控制,与传统的矢量控制技术相比,PCC具有更快的动态响应,并减少了电流脉动。最终,通过试验验证了基于开关升压变换器的PMSM PCC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。     

基于状态转移约束的永磁同步电机模型预测控制策略

针对车用永磁同步电机传统模型预测控制方法存在转矩波动和转速波动较大,从而影响汽车乘坐舒适性的问题,提出 了一种新型的考虑永磁同步电机开关切换状态转移概率的改进型模型预测控制方法。 通过永磁同步电机工作中开关切换状态 的历史数据计算状态转移概率矩阵。 在获得转移概率的基础上,根据当前的开关状态和状态转移矩阵得到状态转移约束误差。 接着在模型预测控制算法中制定包含状态转移约束误差项的代价函数,通过代价函数对下一时刻的开关状态进行在线寻优以 获得最优的控制变量。 并基于 MATLAB 平台对该改进型模型预测控制策略进行仿真分析,仿真结果表明,改进型模型预测控 制策略具有更好的转矩和转速响应特性,从而表明基于状态转移的模型预测控制方法能够用于车用永磁同步电机的控制中,并 且对于改善汽车的乘坐舒适性具有重要意义。     

基于模糊动态代价函数的永磁同步电机有限控制集模型预测电流控制

提出一种基于模糊动态代价函数的有限控制集模型预测电流控制方法。分析了dq轴电流及开关次数三个控制目标权重分配不同对电流控制性能的影响,针对传统有限控制集模型预测电流控制中代价函数的dq轴电流项无针对性优化的状况,通过判断转速偏差及转速变化率,应用模糊算法对权重系数进行多目标动态优化分配,并给出模糊论域和相应的模糊推理规则设计。该方法提高了动态过程中系统电流响应速度,优化了逆变器开关频率,改善了不同权重系数下系统动态性能和稳态裕度相互制约的状况。仿真和实验结果均证明了所提方法的有效性。     

基于GPIO的永磁同步电机模型预测转矩控制

在永磁同步电机模型预测转矩控制(model predictive torque control,MPTC)中,由于目标函数控制变量的量纲不同,为了在代价函数中选取最优的权重系数,提出一种改进高斯变异鸽群算法(Gaussian mutation pigeon-inspired optimization algorithm, GPIO)实现权重系数自整定。首先,基于代价函数最小化原则设计PIO的目标函数,用电流id、iq脉动误差均方根评价权重系数。其次,在传统高斯变异算子的基础上引入自适应调整动态参数实现变异。仿真和实验结果表明,将改进后的算法应用于永磁同步电机模型预测转矩系统,能在较少的迭代次数内整定出最优的权重系数,极大地降低了转矩误差和电流谐波畸变率。     

双向准Z源逆变器驱动永磁同步电机的快速有限集模型预测控制

双向准Z源逆变器驱动永磁同步电机(PMSM)系统在兼具Z源逆变器和PMSM优点的同时,还可实现能量的双向流动。针对双向准Z源逆变器驱动PMSM系统的特点,提出一种快速矢量选择有限集模型预测电流控制(FCS\|MPCC)策略。由双向准Z源网络直流链电压闭环与PMSM电磁功率前馈生成电感电流参考值,由电机转速闭环生成电机电流参考值。通过预测直通(ST)及非直通(NST)状态下的电感电流值并引入电感电流子代价函数以确定是否选择ST状态,进而实现对直流链电压的控制。在NST状态下,结合空间电压矢量脉宽调制策略,仅使目标电压矢量所在扇区的4个矢量参与PMSM定子电流预测和代价函数计算,以选择最优的开关状态,在实现对PMSM转速控制的同时减小在线计算量。仿真结果表明,所提控制策略可实现对双向准Z源逆变器的升压及PMSM牵引或制动工况下的转速控制,系统具有良好的稳态及动态性能。     

计及开关频率优化的永磁同步电机模型预测转矩控制

为减小逆变器开关频率对永磁同步电机(PMSM)性能的影响,提出了一种计及开关频率优化的PMSM模型预测转矩控制(MPTC)方法。建立了电磁转矩及定子磁链数学模型,并在此基础上设计了MPTC全速域价值函数。在全速域价值函数中加入了逆变器开关频率的限制条件,以实现恒转矩区内最大转矩电流比、恒功率区内弱磁调速并计及开关频率最优化的控制效果。仿真结果证明了所提方案不仅具有较高的动态响应性能,而且有效降低了逆变器的开关频率。     

基于无差拍控制的PMSM电流预测控制算法

在传统的离散化矢量控制系统中,由于电流采样和PWM占空比更新等数字延时的存在,限制了PMSM控制系统在动态过程中对电机电流的控制能力.为了提高系统电流环性能拓展其带宽,在同步旋转轴系下,基于无差拍控制原理,提出了一种对电机电流的离散化预测控制算法.在理论上消除了矢量控制系统中的各种数字延时,提高了电机电流的控制能力.最后使用1台750 W的永磁同步伺服系统验证了这种算法的性能,实验结果表明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.     

电动汽车用永磁同步电机模型预测MRAS无速度传感器控制

针对电动汽车机械式传感器在复杂工作环境下易失效的问题,将基于模型参考自适应(MRAS)的无速度传感器技术应用于电动汽车中。针对传统MRAS无速度传感器控制存在的转子位置估计相位延迟较大、转速估计误差较大等问题,将模型预测控制算法应用到MRAS中。参考模型选用永磁同步电机(PMSM)电流磁链方程,可调模型选取电压磁链方程,代价函数是磁链的差值,待估计参数选择转子位置。与传统MRAS无速度传感器控制算法相比,转速、转子位置估计结果更加精确,估计误差较小,动态性能和稳态性能优良。通过仿真和试验验证了算法的可行性和有效性。