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。     

三相PWM整流器模型预测虚拟电压矢量控制

传统的模型预测控制(model predictive control,MPC)在一个控制周期内仅可输出单一的离散电压矢量,考虑到变流器拓扑可提离散电压矢量的局限性,三相脉宽调制(pulse width modulation,PWM)整流器存在较大的稳态功率脉动。在分析三相PWM整流器离散预测模型的基础上,提出一种模型预测虚拟电压矢量(model predictive virtual voltagevectors,MPV3)控制方法,通过构建6个虚拟的电压矢量代替传统MPC中的8个离散电压矢量,旨在拓展系统的控制集覆盖范围。首先,根据最近三矢量原则确定构建虚拟电压矢量所需的离散电压矢量,接着以功率无差拍跟踪控制为指标在线求取各离散电压矢量作用时间。为了保证虚拟电压矢量的可实现性,构建相应的目标函数进行矢量作用时间的可行性判断和动态修正。最后,为验证所提MPV3方法的可行性和有效性,分别与传统MPC和占空比优化进行仿真和实验的对比分析,并进一步归类总结出各方法的优缺点及适用范围。     

基于三矢量模型预测电流控制的共模电压抑制策略

针对永磁同步电机(PMSM)驱动系统中存在的共模电压高、电流脉动大的问题,提出将无零矢量调制(NSPWM)方法与三矢量模型预测电流控制算法结合进行控制。已有的单矢量模型共模电压抑制策略电压矢量方向固定,可选矢量范围有限,电流脉动仍较大。而三矢量模型预测电流控制共模电压抑制策略基于NSPWM在每个扇区利用3个非零矢量合成目标电压矢量,矢量范围覆盖广。结合无差拍电流控制,在实现共模电压抑制的同时,还能减小电流脉动,提高系统动态响应。通过仿真和试验验证了所提控制策略的有效性。     

基于矢量作用时间的永磁同步电机预测电流控制

针对以电压源逆变器(VSI)馈电的永磁同步电机(PMSM)驱动系统,提出一种基于矢量作用时间的预测电流控制策略。从拓展有限控制集和改变最优电压矢量选择方式的角度出发来改善系统的稳态性能。首先通过加入虚拟电压矢量的方式拓展有限控制集,并依据在每个扇区内各矢量对d轴电流增、减作用的不同来优化有限控制集。其次令下一时刻的预测电流值等于其期望值,从而可获得每个矢量作用时到达d、q轴电流期望值的矢量作用时间。利用各矢量的作用时间来衡量其对d、q轴电流的作用效果,以此代替传统预测电流控制中的电流预测环节。并依靠矢量作用时间来选择最优电压矢量,这样可以有效解决占空比调制环节难以有效发挥作用的问题。最后通过实验对所提算法的可行性与有效性进行了验证。     

具有共模电压抑制能力的PMSM混合模型预测转矩控制

模型预测控制(MPC)动态性能优越、抗扰动能力强,但零电压矢量的使用可引起较大的共模电压,产生轴电流、电磁干扰等问题。基于等效零矢量的多矢量合成MPC虽可抑制共模电压,但需在同一周期使用多个有效矢量,导致开关频率高、系统效率低。因此,提出一种用于永磁同步电机(PMSM)的混合模型预测转矩控制(MPTC)策略,针对不同幅值的参考电压,分别使用虚拟矢量和多矢量合成2种电压矢量生成方式,可用较低的平均开关频率实现共模电压抑制,并保证良好的动、静态转矩控制性能。此外,通过改变控制模式的切换条件,可实现开关频率和转矩脉动的灵活切换。最后,仿真验证了所提方法的有效性。     

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。     

永磁同步电机双模型预测转矩控制策略

永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)存在转矩脉动大和计算量较大的问题,通过分析PMSM定子电流与定子磁链的关系,提出了一种双MPTC方法。该方法通过电压矢量选择模型预测控制(MPC)来确定出合适的电压矢量,然后根据占空比优化MPC计算出电压矢量的作用时间。实验结果表明:与传统MPTC相比,双MPTC明显降低了转矩脉动,且减小了计算量。     

基于AFE变换器的改进模型预测控制策略

针对有源前端(AFE)变换器电流环采用有限集模型预测控制算法(FCS-MPC),存在数字控制器计算量大,输出的电流脉动大、系统性能差等问题,本文提出了一种改进模型预测控制策略。首先通过坐标变换构建α-β坐标下有源前端(AFE)变换器的预测模型,结合电压型空间矢量变换的原理,引入扇区矢量判断法,减少最优电压矢量选择的次数。最后根据选出来的电压矢量,在一个控制周期内同时施加有效电压矢量和零电压矢量并分配相应的作用时间。该方法不但保留了传统模型预测控制(MPC)算法的快速动态响应特性,而且改善系统的稳态性能。仿真和实验结果均验证了所提的方法正确性与有效性。     

永磁同步电机双环模型预测控制研究

有限控制集模型预测电流控制(FCS-MPCC)算法对永磁同步电机(PMSM)的8个电压矢量进行预测计算,根据建立的成本函数选择出最优电压矢量并应用,计算量较大。针对该问题,提出一种基于先择扇区原则的改进型模型预测电流控制算法。该算法减少了计算的电压矢量数,缩减了计算时间,对微处理器的性能要求降低。将控制外环速度环的PI控制也改为模型预测控制设计了二阶扩展状态观测器,改善了速度控制的动态性能,电机的速度控制响应更快。以PMSM控制的摇臂装置为研究对象,建立仿真模型,并搭建相应的实验平台,仿真和实验验证了该算法的伺服动态响应性与稳定性。通过实验证明了双环MPC算法比双环PI算法对逆变器的损耗更小,温升更低。     

五相永磁同步电机全速度范围占空比优化模型预测电流控制

传统五相有限集模型预测电流控制(finite control set model predictive current control,FCS-MPCC)在评价函数中加入谐波电流约束,有效抑制了三次谐波电流,但会降低直流电压利用率,因此该方法无法兼顾稳态性能与电压利用率;基于虚拟电压矢量的五相FCS-MPCC稳态性能良好,但直流电压利用率较低,调速范围受限。因此,文中提出一种五相永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)全速度范围占空比优化FCS-MPCC。首先,采用大矢量作为控制集以充分利用直流电压,并计算占空比减小电流误差;然后,设计占空比分配方式实现全速度范围的三次谐波抑制,并增加滞环比较器和动态电流反馈提高系统的稳态性能和动态性能;最后,通过实验验证所提方法的正确性和有效性。     

一种双三相永磁同步电机的多矢量模型预测转矩控制

双三相永磁同步电机(DTP-PMSM)的传统模型预测控制(MPC)在一个控制周期内仅作用一个电压矢量,使得电机的控制效果不理想,尤其是稳态时的转矩波动。针对这个问题,提出一种基于虚拟电压矢量(VVV)的多矢量模型预测转矩控制(MPTC)策略。该方法在一个控制周期内作用多个电压矢量,扩大了矢量调制范围。通过这种方式,减小了转矩脉动,提高了稳态性能。此外,该策略采用了VVV,因此该策略抑制了谐波电流。选用无权重因子的代价函数对候选矢量组合进行筛选,降低了算法的复杂度。最后,在试验平台上,通过与传统双矢量MPTC进行对比验证了所提算法的有效性。     

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。     

改进型永磁同步电机有限控制集模型预测速度控制

永磁同步电机传统有限集模型预测速度控制策略中电压矢量方向固定,可选矢量范围具有一定局限性,输出电压的突然变化,会导致电流纹波较大。因此,提出了一种基于电压细分的有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)直接速度控制策略。所提策略在FCS-MPC方案中引入了一组具有可调振幅和可移动原点特征的有限电压细分矢量作为候选电压,同时为了获得更准确的电流预测,使用了双线性变换(即Tustin变换)积分近似。该控制器能够预测未来电流和速度,并使用脉宽调制输出最佳细分电压。采用两电平三相逆变器驱动的永磁同步电机进行仿真验证结果表明,与传统的FCS-MPC方案相比,所提策略有效地减小了电流纹波,拓宽了电压矢量选择的范围,同时提高了电机鲁棒性。     

DTC与MPTC自适应切换的表贴式永磁同步电机控制策略

针对传统表贴式永磁同步电机(SPMSM)模型预测转矩控制(MPTC)备选电压矢量数目多,计算负担较大等问题,将传统MPTC的7个备选电压矢量精简为1个由开关表输出的电压矢量和1个零电压矢量。仿真结果表明:该控制策略可有效减小转矩脉动和平均开关频率,消除了转速阶跃下的磁链脉动,并将MPTC的运算次数降低到2次或者0次,减少了系统的运算负担。为了进一步提升系统动态特性,提出根据系统状态将直接转矩控制(DTC)与MPTC自适应切换控制的策略。系统处于稳态时,采用基于开关表的MPTC;系统处于动态时,采用DTC。仿真结果表明:该策略结合了MPTC和DTC的优点,在保持控制效果的同时,提高了转矩动态响应,消除了动态下磁链脉动。     

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。     

永磁同步电机的改进模型预测直接转矩控制

针对永磁同步电机直接转矩控制(DTC)中存在的转矩脉动和磁链纹波大的问题,提出一种改进的模型预测直接转矩控制方法。在两相静止坐标系下,依据无差拍控制理论计算出使电磁转矩和定子磁链在下一周期达到给定值的期望电压矢量。通过引入虚拟电压矢量将电压矢量空间划分成13个扇区,根据期望电压矢量所在扇区位置选取相应的实际电压矢量,可选取的实际电压矢量由传统的8个电压矢量扩展为14个电压矢量。该方法具有虚拟电压矢量占空比固定、调制简单以及运算次数少的优点。对直接转矩控制、传统的模型预测直接转矩控制以及改进的模型预测直接转矩控制进行仿真对比,结果表明,改进的模型预测控制方法能有效地抑制转矩脉动和磁链纹波,减小定子电流畸变率,提高系统的鲁棒性。