电压源型三相逆变器的模型预测控制策略

为了提高电压源型三相逆变器的控制性能,设计了一种新颖的模型预测控制(MPC)策略.新型MPC控制器使用三相逆变器系统的离散时间域模型来预测所有可能电压矢量生成的负载电流,并选择使所设计的成本函数最小的矢量作为最优矢量输出.成本函数中主要考虑的指标是下一个采样周期的电流误差.利用仿真软件和搭建的三相逆变器样机测试平台开展...     

基于三电平逆变器和模型预测的电机控制方法

提出一种基于NPC三电平逆变器驱动的摆臂结构伺服方法,以优化在大惯量随动系统中永磁同步电机伺服系统的控制性能。使用三电平逆变器驱动,同传统的两电平逆变器相比,减小了电流谐波。在速度环中加入模型预测控制(MPC)算法,来改善系统的动态性能。引入了扩展状态观测器来估计集中扰动,并在MPC速度控制器中添加了基于估计扰动的前馈补偿项以在强扰动的情况下保证控制稳定性。在由永磁同步电机构成的实验台上对该方案的控制效果进行了验证。     

三相四桥臂并网逆变器约束模型预测控制

提出了基于并行神经网络优化的约束模型预测控制(model predictive control,MPC),应用于光伏并网逆变器中,提高光伏发电并网电能质量。建立了三相四桥臂逆变器的精确模型,分析约束模型预测控制算法的原理,在约束条件中加入输出变量和控制变量的约束,突破有限子集和无约束预测控制方法的限制。将并行神经网络递归优化算法用于求解约束预测控制优化问题中,提高单步优化问题的求解速度。利用FPGA的并行计算能力,在FPGA中运行神经网络在线优化求解,实现预测控制算法的实时运行。实验结果表明:采用该算法的并网逆变器输出电流偏差小,总谐波畸变率小,可以提高并网电能质量,验证了该算法的可行性和有效性。     

三相四桥臂并网逆变器约束模型预测控制EI北大核心CSCD

提出了基于并行神经网络优化的约束模型预测控制（model predictive control,MPC）,应用于光伏并网逆变器中,提高光伏发电并网电能质量。建立了三相四桥臂逆变器的精确模型,分析约束模型预测控制算法的原理,在约束条件中加入输出变量和控制变量的约束,突破有限子集和无约束预测控制方法的限制。将并行神经网络递归优化算法用于求解约束预测控制优化问题中,提高单步优化问题的求解速度。利用FPGA的并行计算能力,在FPGA中运行神经网络在线优化求解,实现预测控制算法的实时运行。实验结果表明：采用该算法的并网逆变器输出电流偏差小,总谐波畸变率小,可以提高并网电能质量,验证了该算法的可行性和有效性。     

基于扰动观测器的三相逆变电路改进型模型预测控制

经逆变电路并网的分布式发电系统中,为了解决传统模型预测控制(MPC)在电路参数变化时系统动态响应不佳的问题,在ABC三相坐标下,提出一种基于扰动观测器(DOB)的改进型模型预测控制(AdMPC-DOB)方案,对被控电流进行两步预测,同时采用多重比例谐振(PR)调节器作为MPC的前馈补偿,消除预测电流的周期性误差,并提高对特定次谐波的抑制能力。考虑到电路参数变化和不确定扰动对系统造成的影响,采用电感电流扰动观测器对MPC输入信号进行精确观测。理论分析和仿真试验表明,所提改进型控制方案能够有效提高逆变器输出电能质量,降低并网电流总谐波畸变率(THD)。     

三相并网逆变器输出电流多步预测控制（英文）

模型预测控制(model predictive control,MPC)算法是一种优化控制算法,该算法具有动态响应快、处理系统约束灵活等优点。但是在逆变器的控制中,这种算法仅可确保所选择的开关函数组合在1个控制周期内是最优的,这将使逆变器的控制趋于保守,影响控制性能。针对传统逆变器一步模型预测算法的保守性,提出一种在1个控制周期内同时考虑最优开关函数组合及次优开关函数组合,并确保在2个控制周期内所选开关函数组合最优的两步预测算法。对采用这种算法的三相并网型逆变器在稳态和动态工况下进行对比仿真和实验,仿真及实验结果表明:采用两步预测算法的三相并网型逆变器输出电流的电能质量明显好于采用传统一步预测算法的情况,验证了两步预测算法的有效性及可行性。     

一种无谐波检测的三相并网逆变器谐波灵活控制方法

为了简化三相并网逆变器的谐波补偿控制,同时提高并网逆变器对电网背景谐波电压的抗干扰性能,提出一种无谐波检测的三相并网逆变器谐波灵活控制方法,该方法将本地谐波补偿和抗电网背景谐波电压扰动在三相并网逆变器控制中予以统一考虑。所提控制方法可根据控制目标的不同,在谐波抑制和谐波补偿两种模式下灵活切换。谐波补偿模式,在不需要进行谐波电流检测的前提下,可实现对本地负载谐波电流的有效补偿,简化了谐波补偿时并网逆变器的控制操作;谐波抑制模式,可抑制电网背景谐波电压对逆变器输出电流的负面影响,从而提高并网逆变器的抗干扰能力。通过对同步旋转坐标系下控制器到静止坐标系的等效变换,建立了整个控制系统在静止坐标系的频域模型,分析了系统的频域跟踪特性和稳定性。仿真与实验结果证明了所提方法的有效性。     

三相逆变器并联系统的无互连线预测控制

对于三相逆变器并联系统,下垂控制是一种有效的控制算法,它可以确保各并联逆变器对系统负载功率的均分,并具有无互连线分布式控制的优点。而对于三相电压型逆变器,新兴的有限控制集模型预测控制算法(finite control set model predictive control,FCS-MPC)具有系统动态响应快、处理系统约束灵活等优势。将逆变器并联系统的下垂控制与三相电压型逆变器的模型预测控制结合起来,由下垂控制器提供模型预测控制器的参考电压信号,以并联逆变器输出电压对参考电压的跟踪误差构建模型预测控制器的优化性能函数,实现了三相电压型逆变器并联系统的无互连线模型预测控制。仿真及实验结果表明:所构建的无互连线模型预测控制器在三相电压型逆变器并联系统由空载投入负载、负载突变及某一并联逆变器切除等工况下均能有效运行,且与传统的逆变器并联系统三环控制器相比,显著地改善了三相逆变器并联系统的均流性能。     

适用于双模式场景下的三相四桥臂逆变器控制

适用于并网与离网双模式工作条件下三相逆变器是并网型微电网的重要核心设备,在此基于三相四桥臂(3P4L)逆变器电路拓扑,提出了一种基于同步坐标系下解耦控制与空间矢量调制技术相结合的逆变器控制策略.该策略既保证逆变器在离网独立运行模式下可实现较高的直流电压利用率,解决不平衡负载条件下的机端三相电压平衡问题,又可实现在并网工作模式下的低谐波并网发电,且具有较强的低电压穿越(LVRT)能力.当微电网在并/离网模式的切换过程中,该控制策略能够实现负载电压冲击小、敏感性负载不间断供电运行.系统仿真及原理样机实验结果表明了所提控制策略的正确性和有效性.     

基于周期控制方法的MPC开关频率调节策略

针对电力电子设备使用有限集模型预测控制器(MPC)时存在的可变开关频率问题,设计了一种基于周期控制方法的有限集MPC开关频率调节策略.新型开关频率调节策略将在有限集MPC中设置特定算法.其中新型算法中采用了对门极驱动信号的上升沿和下降沿周期测量和跟踪控制以产生类调制的输出频谱,同时在成本函数中设计相关项以实现开关频率调节.开关频率调节算法易于设计和实现,可在不显著增加计算负担的情况下使有限集MPC产生较为规则的频谱.以三相两电平逆变器系统为测试对象开展了对比仿真和实验,仿真和实验结果验证了新型开关频率调节方案可有效地调节有限集MPC的开关频率,并提高逆变器的输出电能质量.     

动态电压恢复器的模型预测控制

为了提高动态电压恢复器的响应速度和稳态精度,提出了基于模型预测控制的控制策略,详细分析了控制器参数设计方法。在分析动态电压恢复器主电路模型的基础上,采用内环电流控制器对模型进行改进,得出模型预测控制所需的被控对象一步预测模型,设计了模型预测控制器。所提控制算法克服了基于非参数预测模型的模型预测控制由于算法复杂、参数调整困难,计算量大,很难直接应用到电力系统这样的快速实时系统中的问题,同时实现了预测控制滚动优化、反馈校正的优点。在满意的稳定精度下,明显提高了系统的动态响应速度。与经典控制策略的实验对比分析,     

低速自动驾驶横向跟踪控制研究

为了提高低速自动驾驶车辆在不同工况下横向跟踪控制的性能,设计了一款基于纯跟踪(PP)控制和模型预测控制(MPC)的联合控制器。当位姿偏差较大时,切换为PP控制;当位姿偏差较小且满足MPC约束时,切换为MPC;同时为了保证2种控制实现平滑的切换,设计了模式切换控制器。针对上述联合控制器进行了仿真对比分析与实车验证,结果表明：联合控制相较于MPC,跟踪的快速性、稳定性明显优化;与PP控制相比,控制的精度明显提高,且模式切换控制器的加入使切换过程的鲁棒性得到优化。     

屏栅电源新型双全桥拓扑的模型预测控制

针对屏栅电源的传统PID双闭环控制精度低及鲁棒性弱的问题,提出了电流内环采用PID控制器、电压外环采用MPC控制器的双闭环控制方法。该方法首先分析了新型双全桥拓扑的结构及工作模式,其次根据拓扑建立小信号模型并设计电流内环控制器参数,将内环作为被控对象建立预测模型并完成MPC控制器设计。为验证MPC双闭环控制方法的合理性,最后在Matlab中搭建MPC双闭环控制和PID双闭环控制进行对比。仿真实验表明,与PID双闭环控制相比,MPC双闭环控制能有效克服因负载扰动对输出的影响,提高系统的动态性能和抗干扰能力。     

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。     

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...     

基于 ESKF-MPC 的四旋翼无人机轨迹跟踪控制

四旋翼无人机的轨迹跟踪控制容易受到风扰和测量噪声的影响,针对上述问题, 提出了一种基于扩展状态卡尔曼滤波 (extended state based Kalman filter, ESKF)的模型预测控制(model predictive control, MPC)方法。 首先, 采用牛顿-欧拉方法建 立风扰影响下的四旋翼无人机动力学模型; 然后, 位置控制采用基于误差模型的 MPC 方法, 利用 ESKF 估计风扰并对控制量 进行前馈补偿; 采用反馈线性化方法将姿态动力学模型线性化, 并设计基于 ESKF-MPC 的姿态控制器;最后, 仿真结果表明测 量噪声方差为 0. 000 1 时该方法的位置跟踪均方误差比自抗扰控制方法的误差小 0. 013 m, 当方差大于 0. 000 1 时自抗扰控制 方法使得系统不稳定,而本文的方法仍可以实现较好的位置跟踪。     

The Sliding-Mode Control Based on a Novel Reaching Technique for Permanent Magnet Synchronous Motors

Abstract

In order to improve the robustness, disturbance rejection and dynamic response performance of permanent magnet synchronous motor (PMSM) speed servo system, a novel sliding mode control (NSMC) strategy is adopted to replace the traditional proportion integral (PI) regulator in the design of speed controller. The mathematical model of PMSM is analyzed and a sliding mode controller based on a novel reaching technique is proposed. The integral of speed error is introduced into sliding mode surface to avoid the requirements of acceleration signal and reduced the steady-state error of the system. Meanwhile, a variable speed reaching method is imported to make the approaching speed correlate with the change of system state |s|, so as to improve the dynamic quality. In addition, the sigmoid function is used to replace the sign function in the conventional SMC, which further reduces chattering phenomena. Simulation and experimental results show that the proposed NSMC method based on the new reaching technique can realize precise speed control. Compared with the conventional PI and SMC control, this method not only achieves a fastest and best response speed, but also has a strongest robustness of resisting the external disturbance.     

基于复合模型预测控制策略的三电平APF研究

电力有源滤波器(Active power filter,APF)是消除电网中非线性负载产生的电流谐波的有效手段之一。提出一种三相静止坐标下的基于模型预测控制复合控制器,复合控制器由改进的自适应广义积分器和模型预测控制两部分组成。该复合控制策略有效地整合了预测控制和自适应广义积分器的优点,在最大限度利用模型预测进行谐波电流快速跟踪的同时,采取自适应广义积分器对各次谐波进行无静差跟踪控制。所提出的复合控制器与三电平电压空间矢量调相结合,能够消除单独预测控制交流变量时所存在的稳态误差问题和改善系统鲁棒性。详细研究了复合控制器的设计方法,并给出了系统的参数设计和稳定性分析。最后通过实验验证了控制方法的正确性和有效性。     

基于电容电压的并联UPS系统自主控制策略

针对并联不间断电源(UPS)系统的均流控制问题,设计了一种新的并联UPS系统自主控制策略.新方案可用于多个三相在线UPS模块的并联电流分配控制.每台UPS控制器将滤波电容的电压参考设计为其自身输出电流的函数进行调节,无需逆变器之间信息交换即可实现自主均流控制.同时,控制器还保证了负载电压的控制精度以及负载扰动下的动态性能.利用两台UPS为主体构成的实验平台对所设计的新型自主控制方案进行了测试.实验结果表明,在不同负载条件下,包括阶跃负载和非线性负载工况下控制器均具有较好的控制效果.