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。     

基于有限控制集的感应电机直接相角预测控制研究

传统的基于磁场定向或基于直接转矩的感应电机控制策略受限于计算量,动静态性能和控制效率均存在限制。为了解决该问题,提出了一种基于有限控制集的感应电机直接相角预测控制策略。不同于传统控制方法,新型控制策略重点对转矩以及定子电流和转子磁链之间的相角进行了控制,将磁场定向原理嵌入到代价函数约束,并设计了闭环预测模型及其反馈增益,避免了直接磁链控制。新型算法无需在线计算最优磁链即可获得电机在轻载时的较高效率,而且采用闭环预测模型提高了预测控制的精度和鲁棒性。最后,建立了感应电机控制试验平台,并开展了相关控制试验研究,试验结果验证了新型控制策略的控制性能。     

永磁同步电机转矩与定子磁链模型预测控制预测误差补偿方法

针对永磁同步电机有限集模型预测控制过程中对电机参数鲁棒性较差的问题,提出了一种具有预测误差补偿的鲁棒型模型预测控制方法。分别考虑了转矩与定子磁链两个回路,采用延迟补偿的方式,将k时刻的预测值与实际值之间的误差值作为补偿因素反馈到k+1时刻的预测模型中。为了保证预测误差补偿的准确性,重点研究了在一个控制周期内得到所有电压矢量对应的转矩与定子磁链误差的计算方法。仿真和实验结果表明,在电机参数失配情况下,通过该补偿方法能够获得可靠的转矩与定子磁链预测值,提升了电机参数在模型预测控制中的鲁棒性。     

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。     

基于死区补偿的磁通切换永磁电机定子磁场定向控制

磁通切换永磁电机具有功率密度高、效率高、反电动势正弦的优点,在推导其数学模型的基础上,采用电压空间矢量调制方法,对该电机的定子磁场定向控制策略进行了分析与研究。另外,由于空间矢量调制的死区效应严重影响电机输出电流的质量,进而影响到电机的转速与转矩输出特性,采用预测电流控制方法对死区进行补偿。通过半实物仿真平台dSPACE实现了定子磁场定向控制算法,并在一台2kW磁通切换永磁电机驱动系统上验证了所提控制方法的有效性。该控制算法对其他定子永磁型电机的控制系统设计具有一定的借鉴作用。     

多电压矢量的永磁同步电机模型预测控制

为了进一步提高电机控制的动态性能,减小电流和磁链脉动,结合磁场定向控制和直接转矩控制的优点,研究了一种多电压矢量的永磁同步电机模型预测控制策略。利用电流状态方程和二阶欧拉法对定子电流进行预测,通过控制目标函数得到最佳的开关状态。搭建仿真平台,比较不同控制方式下的转速响应及定子电流、磁链脉动。仿真结果表明,该控制策略响应速度快,电流和磁链脉动小,取得了良好的控制效果。     

永磁同步电机有限控集模型预测电流控制预测误差分析

在采用有限控集模型预测电流控制策略的永磁同步电机驱动系统中,预测模型使用的电机参数尤其是定子电感可能与实际值并不匹配,会造成模型预测控制算法存在预测上的误差,进而影响系统稳态控制性能。针对该问题,首先定义了预测误差作为评价指标,然后推导出电流预测误差的数学模型,理论分析表明预测模型使用的d、q轴电感值正向偏差和负向偏差对于d、q轴电流预测误差会产生不一样的影响,且负向偏差影响更大。实验结果验证了上述关于电流预测误差的理论分析,同时对相应的电流稳态跟踪误差进行了实验分析,显示出预测误差对于稳态跟踪性能的影响。得到的预测误差数学模型和分析结论能够为模型预测算法预测误差的降低和控制性能的提升提供理论指导。     

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。     

基于电压补偿的伪微分反馈PMSM电流预测控制

永磁同步电机(PMSM)转速或转矩驱动系统要求具有良好的电流控制性能,因此电流环对电机系统的调节至关重要。为了提高电流环动态性能和鲁棒性提出了一种基于电压补偿的伪微分反馈永磁同步电机预测电流控制方法。在内置式永磁同步电机电流预测控制算法的基础上,利用伪微分反馈模块代替传统PI调节器,提高系统的启动性能,降低超调,同时加入了一种融合电流预测策略的谐波抑制算法,进行前馈补偿。该算法可以有效的提高电流的跟踪速度,提升系统的鲁棒性。通过仿真结果验证了所提策略的正确性和有效性。     

基于单次电流采样的永磁同步电机无模型预测电流控制

传统的模型预测控制根据当前电流采样和电机数学模型来预测下一时刻的定子电流,对两电平逆变器需要进行7次预测才能得到使定子电流误差最小的电压矢量。其主要不足是对系统模型和电机参数的依赖性较强而且计算量大。本文在分析永磁同步电机电流预测模型的基础上,得到一种只需一次预测和比较即可选出最佳矢量的快速预测电流控制。进一步对其进行简化得到了一种不依赖于电机模型和参数的无模型预测电流控制。该方法在一个控制周期内仅需对定子电流进行单次采样,具有计算量小、鲁棒性好等优点并且动静态性能良好。本文从参数敏感性、稳态和动态性能等方面对快速预测电流控制和无模型预测电流控制进行了对比,仿真和实验结果验证了所提方法的有效性和正确性。     

基于模糊控制永磁同步电机定子电流定向的研究

针对大惯性负载位置控制系统的特点,提出了一种永磁同步电机(PMSM)定子电流定向控制策略,并且将模糊控制应用于速度闭环系统中,对定子电流定向的控制方法和模糊逻辑进行分析,设计了永磁同步电机(PMSM)控制系统的硬件电路,该系统结构简单,控制鲁棒性、可靠性强,受电机参数影响小,仿真和实验结果表明定子电流定向控制是对大惯性负载位置控制系统的一个理想选择.     

永磁同步电机瞬时功率预测控制

在对永磁同步电机瞬时有功功率和瞬时无功功率研究基础上,分析矢量控制和直接转矩控制两种高性能控制思想,提出永磁同步电机瞬时功率预测控制策略。借鉴id=0的矢量控制解耦思想,利用坐标变换得到以定子磁链为基准的两相旋转坐标系上电机定子电流分量指令值。建立瞬时功率表达式并离散化,利用瞬时功率跟踪误差构造价值函数,以满足价值函数最小为目标计算下一时刻瞬时功率指令值。根据电机定子电流不能突变的思想获得开关电压矢量期望值,实现电机高性能控制。通过仿真及实验验证,结果显示瞬时功率预测控制策略下永磁同步电机定子电流具有较好的动静态特性,转矩和转速能实现快速跟踪,定子磁链脉动较小,最终表明永磁同步电机瞬时功率预测控制策略的有效性和可行性。     

基于闭环电流预测的永磁同步电机电流环延时补偿策略研究

永磁同步电机采用传统复矢量电流调节器在开关频率与电机频率比值较高时具有良好的参数鲁棒性与动态性能,但在低开关频率下,环路延时与参数摄动易使电流动态响应振荡甚至失稳。采用复矢量表示法对电流环延时环节进行精确建模,基于Smith预估器结构对传统电流预测延时补偿策略进行复矢量建模与频域分析。传统电流预测策略的开环结构在模型或者参数误差下会产生电流跟踪误差,针对该缺陷提出一种基于误差补偿器的闭环电流预测延时补偿算法。该算法采用改进Euler法对电流方程进行离散化,并通过将预测电流偏差积分反馈至预测方程形成闭环预测结构,可实现电流无静差跟踪,在抑制环路延时影响同时大大提升系统鲁棒性。实验结果验证理论分析的正确性和所提算法的有效性。     

基于矩阵变换器的感应电机矢量控制系统

研究了一种基于矩阵变换器的感应电机矢量控制系统,该系统将矩阵变换器的优点与交流电机矢量控制的优点相结合,实现了感应电机的高性能调速.调速系统的控制策略由两大部分组成,即矩阵变换器的间接空间矢量调制策略和感应电机按转子磁场定向的双闭环矢量控制策略.为有效控制感应电机的定子电流,双闭环矢量控制策略中采用了一种基于反馈解耦及补偿的电流环控制策略,可对转矩电流和励磁电流进行有效解耦和准确调节.实验证明了控制策略的可行性和有效性.     

永磁同步电机改进无差拍电流预测控制

永磁同步电机数字控制系统的电流预测控制,具有动态响应快、开关频率恒定、适于数字实现等特点。基于拉格朗日插值的无差拍预测控制算法,对电机电感参数失配比较敏感。为此,提出一种改进无差拍预测控制算法,修改了电流偏差约束条件和输出电压预测方法。利用根轨迹法分析了算法鲁棒性与电感参数失配的关系。在电机电感参数发生失配情况下,能够维持系统稳定,实现电机电流的闭环控制,使实际电流跟随给定,提高了算法的鲁棒性。仿真和实验结果验证了分析设计的可行性和有效性。     

基于前馈补偿的钻机系统永磁电机预测控制

将永磁同步电机(PMSM)作为石油钻机系统的驱动设备时,针对快速响应和强鲁棒性的控制要求以及复杂工况下的外部扰动问题,提出了基于前馈补偿的石油钻机系统PMSM预测控制策略。在该方法中,对电机转速环采用以电机数学模型为基础的预测控制,以实现PMSM的快速响应和提高鲁棒性,并引入扩展状态观测器进行扰动前馈补偿。仿真结果表明:与电机转速PI控制和动态矩阵控制相比,该控制策略响应速度更快,超调量小,在负载干扰下转速波动小且能更快地恢复至稳定值。     

感应电机损耗最小化预测控制策略研究

针对传统感应电机效率优化算法在复杂工况下存在鲁棒性和动态性能差的问题,提出了一种基于损耗模型控制算法的感应电机效率优化预测控制策略。搭建考虑铁损的电机功率损耗模型,包含铁损、铜损以及漏感等因素,提高了损耗模型的精度。采用模型参考自适应观测器估计损耗模型中的定子电阻,设计电流模型为参考模型,电压模型为可调模型。基于电机铁损模型构建连续集模型预测电流控制器,提升系统的动态性能。实验结果验证了所提算法的可行性和有效性。     

异步电机模型预测直接转矩控制

传统直接转矩控制不仅计算复杂而且对参数依赖大,导致系统控制延时,严重阻碍系统应用。为克服上述难点,提出一种带延时补偿的模型预测直接转矩控制方法,对定子磁链和转矩进行预测,并结合拉格朗日外推法,得到具有延时补偿的控制策略。基于三相异步电机数学模型,以定子磁链和转矩误差为目标函数,通过在线评估开关矢量对电机的作用效果,最终选择使目标函数最小的最优电压矢量。该算法能够有效降低转矩和磁链脉动,减小电流谐波畸变,并且系统结构简单,动态响应较快,解决了传统方法中存在的延时问题。仿真验证了所提方法的有效性。     

基于扰动观测器的永磁同步电机鲁棒电流预测控制

针对传统的矢量控制电流环动态性能差、PI参数设定繁琐且精度低等缺点,对电机的无差拍电流预测控制展开了研究,然而传统无差拍电流预测控制缺少反馈校正的模块,因此其抗干扰性能力差。为减小电机参数扰动的影响,引入了鲁棒电流控制策略并加入了扰动观测器,通过前馈补偿与反馈补偿相结合的方式消除系统的扰动量,从而提高控制系统鲁棒性。通过在Simu l i n k环境下搭建仿真模型,验证了理论的正确性。仿真结果表明,设计的电流控制算法具有良好的静态和动态控制性能。     

改进的永磁同步电机直接转矩控制系统仿真实现

直接转矩控制的主要缺点是低速时转矩脉动大。其中一个重要原因是电机在运行中存在温度升高及电流频率变化等现象,定子电阻的阻值发生变化,使定子磁链的估计精度降低,导致电磁转矩出现较大的脉动。针对这一问题,设计了一种改进的永磁同步电机直接转矩控制系统。根据实际转矩和给定转矩的偏差,提出了一种使用PI控制器补偿定子电阻变化的方法。仿真表明该控制系统可以减小磁链和转矩脉动,改善了系统的运行性能,提高了系统对电机参数变化的鲁棒性。