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。     

永磁同步电机双矢量模型预测磁链控制

针对传统模型预测转矩控制定子磁链和转矩脉动大、计算负担重、权重系数调节繁杂的问题,提出了一种基于定子磁链矢量跟踪误差最小化的双矢量模型预测磁链控制方法。首先,将传统模型预测中定子磁链和转矩误差的价值函数转化为对定子磁链跟踪误差的价值函数,避免了权重系数的整定;接着基于无差拍思想预测出参考电压矢量,减轻了处理器计算负担;然后为进一步改善系统稳定性,引入了双矢量占空比计算方法;最后,基于磁链矢量跟踪误差最小化原理,确定所选电压矢量的持续时间。通过实验验证所提控制策略的正确性与有效性,结果表明相较于传统模型预测转矩控制,所提出的双矢量模型预测磁链控制提高了永磁同步电机控制系统的动、稳态运行性能。     

基于矢量作用时间的新型预测转矩控制

为了获得期望的转矩和磁链幅值,文中推导了电压矢量作用下的两种最优矢量作用时间。借助矢量作用时间,提出一种无需权重系数整定的新型预测转矩控制(predictive torque control,PTC)算法。新型算法利用矢量作用时间衡量电压矢量对转矩和磁链的作用效果,代替了传统PTC中的转矩和磁链幅值预测环节,并将价值函数中的转矩和磁链幅值误差项分别替换为两种矢量作用时间,进而使价值函数仅包含时间这一量纲,从而避免了权重系数的整定问题。同时,依靠矢量作用时间选择最优矢量可以有效避免占空比调制环节在传统PTC算法中难以发挥作用的问题。新型算法将虚拟矢量与占空比结合,并对有限控制集进行优化,在减少了备选矢量的前提下获得更多的矢量方向和长度选择,提高了控制性能。实验结果表明该文算法具有更好的转矩和磁链控制性能。     

无权重系数整定的双轴进给驱动系统预测轮廓控制

为解决双轴进给驱动系统预测轮廓控制中,权重系数整定依赖人工经验和耗时较长的问题,本文提出一种双轴进给驱动系统有限控制集模型预测控制策略。首先将驱动电机的运动方程、电气方程和逆变器的数学模型相结合,建立统一模型;然后预测带有电流和转速信息的参考电压矢量;之后根据轮廓误差与跟踪误差之比,分情况来确定改进的价值函数;并进行备选电压矢量的选择和价值函数的寻优。最后,通过仿真研究证明所提出的控制策略能够满足所需的动态响应速度和轮廓跟踪精度,且无需权重系数整定。     

基于集成优化的感应电机无权重系数预测转矩控制

预测转矩控制作为一种新兴的控制策略,通过计算目标函数中的转矩与磁链误差,选取最优开关状态,近年来被广泛应用于交流调速电机系统。与传统的矢量控制相比,预测转矩控制具有动态响应快、开关频率低等优势。为统一目标函数中不同误差项的量纲,预测转矩控制需要设计系数用于调节转矩与磁链误差的权重。然而,依据经验设计的权重系数难以适应不同工况条件。针对以上问题,该文提出一种基于集成优化结构的无权重系数预测转矩控制策略。该控制策略同时优化转矩与磁链误差项,分别得到3个转矩最优与磁链最优的开关状态序列,通过集成优化算法求解最优开关状态。实验结果表明,基于集成优化的无权重系数预测转矩控制在多种工况下具备较好的稳态与动态性能。     

非线性递减权值PSO优化下的LQR轨迹跟踪研究

针对二次线性调节器(LQR)权重矩阵选取困难导致的自动驾驶车辆控制精度低、系统适应度欠佳等问题,设计了一种非线性递减权值粒子群算法（NLDW-PSO）。基于二自由度车辆动力学模型,构建了横向跟踪误差模型,设计了前馈控制消除了LQR稳态误差;并设计以横向偏差、航向偏差和前轮转向角为评价函数,将系统输出误差状态量反馈至NLDW-PSO算法,所设计的非线性递减惯性权重因子通过提升粒子群体寻优性能,从而自适应调整LQR权重系数更新策略,形成闭环优化控制,最终求解得到系统目标函数极值。将所设计控制器的跟踪效果进行了对比,Carsim/Smulink联合仿真结果表明所提出NLDW-PSO优化LQR算法的跟踪控制效果最优,横向距离偏差最大值为0.076 m,横向距离偏差均值相较于固定权重系数LQR降低了69.74％,显著提高了车辆跟踪控制精度和自适应能力,且对速度变化具有较强鲁棒性。     

开绕组感应电机无权重系数预测转矩控制策略

为了提高开绕组感应电机(OEWIM)驱动系统的控制性能,设计了一种新颖的无权重系数预测转矩控制(PTC)策略.传统模型预测方案采用单一成本函数实现转矩控制、定子磁链控制和开关频率限制控制等多个控制目标,故存在权重系数整定繁琐且复杂的问题.而新方案将转矩和定子磁链控制目标糅合,并结合有限预测电压矢量的简单排序分析代替了单一成本函数,实现了无权重系数的PTC,可以规避与权重系数设置相关的所有问题.利用双逆变器驱动OEWIM实验平台开展了实验测试,实验结果验证了新PTC方案的控制性能.     

感应电机无权重分配有限集模型预测控制设计

针对感应电机驱动系统采用有限集模型预测控制时权重系数整定复杂的问题,设计一种感应电机驱动系统的无权重分配优化有限集模型预测控制方案。新方案采用顺序级联预测控制形式,即对系统中的每个控制目标使用单独的成本函数优选开关状态,可在无权重系数设置的同时完成转矩和磁链预测控制。相对于传统方案,新有限集模型预测控制方案逻辑简单、易于实施,可规避与权重系数设置有关的所有问题。利用感应电机驱动系统测试平台开展了实验,实验结果验证了新方案可实现快速动态,控制性能较好。     

基于占空比控制的Vienna整流器模型预测控制策略

以Vienna整流器为研究对象,针对传统有限集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control,FCS-MPC)系统中存在的稳态功率脉动较大的问题,提出一种基于占空比控制的模型预测控制(duty-cycle-control-based model predictive control, DC-MPC)策略。首先,根据功率误差最小化原则构建价值函数,通过在线评估备选矢量对价值函数的影响选择最优矢量。然后,将控制周期划分为两个区间,引入第二矢量来提高系统的稳态性能,减小功率脉动。此外,利用冗余开关状态解决了Vienna整流器中点电位波动问题。与传统模型预测控制相比,消除了权重系数整定过程,控制结构更为简单。最后,通过Vienna整流模型的仿真分析与实验测试验证所提策略的有效性。     

海上风电并网的有限控制集模型预测控制

针对海上风电场柔性直流输电(voltage source converter high voltage direct current,VSC-HVDC)系统传统矢量控制中,PI参数难以整定、需要调制器以及难以实现多目标优化等问题,提出了一种基于有限控制集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)的新型海上风电VSC-HVDC并网控制策略。该方法结合并网逆变器的离散数学模型,通过电流误差构造价值函数,以价值函数为优化目标,预测并网逆变器未来时刻的开关状态;为避免计算时间延时并实现多目标优化,引入延时补偿和权重系数,产生最优开关组合触发并网逆变器。在Matlab/SIMULINK中建立风电并网系统的仿真模型,并采用FCS-MPC和传统PI控制两种方法实施并网控制,通过对风电场功率波动及电网发生故障等多种运行环境进行仿真,结果有效验证了所提出的FCSMPC方法应用于VSC-HVDC海上风电场并网系统对直流电压的控制能力和故障恢复能力。     

一种无权重系数的三电平NPC逆变器低共模电压FCS-MPC算法

针对中点钳位式(neutral point clamped,NPC)三电平逆变器,传统低共模电压有限集模型预测控制(finite control set mode predictive control,FCS-MPC)算法通过评价函数约束进行中点电位平衡控制,需要额外设计权重系数,存在参数整定困难、影响输出电流谐波问题。该文提出一种无权重系数三电平NPC逆变器低共模电压FCS-MPC算法。首先,电压矢量控制集中舍弃正小矢量和PPP、NNN两个零矢量,将共模电压幅值抑制在Udc/6以下。其次,对控制集中每一个基本小矢量和中矢量,构造幅值和方向相同、对中点电位影响不同的冗余虚拟电压矢量。在控制执行过程中,第一步选出电流控制目标最优基本矢量,以保证输出电流谐波不受影响。第二步通过比较所选基本矢量及其冗余虚拟矢量作用,选出满足中点电位平衡控制目标矢量作为最优矢量,并将其开关序列作用于逆变器,从而省去权重系数。最后,实验验证所提算法正确性和有效性。     

永磁同步电机优化模型预测转矩控制

为了减少传统模型预测转矩控制(model predictive torque control,MPTC)的计算量并消除转矩与磁链之间的权重系数,优化MPTC方法,提出一种改进模型预测转矩控制方法,利用转矩与磁链无差拍预测控制原理在线计算下一周期预施加的参考电压矢量,根据参考电压所处扇区进一步确定待选电压矢量,无需对所有电压矢量作用下的系统行为进行预测,将传统方法的8次预测减小到2次,显著减小计算量;在其基础上,构建电压误差代价函数取代传统转矩与磁链误差代价函数,选取与参考电压误差最小的矢量作为最优电压矢量,消除了MPTC的权重系数,进一步简化系统结构。仿真与实验结果表明,提出的优化MPTC方法能够显著降低传统算法计算量,并且具有良好的控制性能。     

基于粒子群算法的永磁同步电机模型预测控制权重系数设计

针对模型预测控制算法(MPC)在处理多目标多约束条件时权重系数设计问题,该文提出一种基于混沌变异的动态重组多种群粒子群算法(CDMSPSO)实现权重系数自整定.通过分析模型预测转矩控制(MPTC)代价函数,以两相旋转坐标系下电流误差方均根为参考,将降低转矩脉动和减小电流总谐波畸变(THD)作为主要控制目标,设计粒子群算法中粒子的目标函数.采用CDMSPSO算法,将整个种群划分为多个小的子粒子群,并以一定重组周期将粒子进行随机重组,然后随机选择一个子粒子群,以其中任一粒子为基础迭代生成混沌序列,并将新的混沌序列替代选择的子粒子群,实现粒子的混沌变异.仿真和实验结果验证了该方法能较好地解决权重系数整定问题,且稳态性能优异.     

变母线电压工况下开绕组PMSM单矢量模型预测转矩优化控制

为改善双电源供电型开绕组永磁同步电机(permanent magnet synchronous machine,PMSM)在采用传统单矢量MPTC控制策略时转矩脉动大、计算复杂度高、权重系数较难整定的问题,该文提出一种基于电压矢量幅值的最优矢量快速选取方法,利用无差拍预测转矩控制思想,直接预测出参考电压矢量,消除评价函数中的权重系数,分析变母线电压工况下的基本电压矢量变化趋势,结合扇区细分的思想,对不同电压比例下的矢量选取方法进行分析推导,充分考虑了双电源供电型开绕组PMSM拓扑的所有基本电压矢量,采用类似开关表的方法建立了不同扇区内的最优矢量选取方法,降低算法的计算复杂度,有效改善了电机的转矩脉动。实验结果表明,该文提出的单矢量模型预测转矩控制策略在宽母线电压比例范围内均能获得较好的电机控制效果。     

基于简化控制集的双三相永磁同步电机模型预测磁链控制

针对双三相永磁同步电机传统模型预测转矩控制计算量较大和权重系数整定过程繁琐的问题，提出一种基于简化电压矢量控制集的模型预测磁链控制算法。首先，将对电磁转矩和定子磁链幅值的控制转化为对定子磁链矢量的控制，消除代价函数中定子磁链幅值误差项的权重系数；然后，采用虚拟电压矢量作为控制集，抑制谐波电流，消除代价函数中的谐波磁链误差项；最后，通过判断定子磁链矢量误差的位置简化电压矢量控制集，将每个控制周期待评估的有效电压矢量由12个减少到5个，降低整个算法的计算量。实验结果表明，所提算法能够减小电磁转矩脉动，抑制谐波电流，而且在保持良好的控制性能的同时，可以显著地减少计算时间，具有更好的工程实用价值。     

基于PID型代价函数的永磁同步电机模型预测电流控制

有限集模型预测控制(FCS-MPC)存在控制性能依赖于模型参数准确度的问题.为此,在永磁同步电机FCS-MPC电流控制场合,提出一种比例-积分-微分(PID)型代价函数,包括用以消除稳态电流误差的积分误差代价和具有降低电流方均根误差功能的微分误差代价.在PID型代价函数概念中,可将传统的给定跟踪型代价函数归类为比例误差代价.实验结果证明,采用PID型代价函数的FCS-MPC,能在较大参数变化范围将平均控制误差降为零,并抑制电流纹波,降低FCS-MPC对模型参数的依赖性,同时保留FCS-MPC动态响应快的优点.     

基于有限集模型预测控制的无刷直流电机转矩波动抑制

针对无刷直流电机(BLDCM)在六脉冲驱动方式下存在较大换相转矩波动的问题,设计了一种基于有限集模型预测控制(FCS-MPC)的转矩波动抑制算法.首先,预测电机换相时非换相相电流的特征.然后,通过价值函数选择出最佳的驱动电路开关管导通状态,抑制非换相相电流的波动.实验结果为,使用本文所设计的转矩波动抑制算法时,电机在高...     

永磁同步电机双矢量无权重模型预测转矩控制

传统占空比预测转矩控制的目标函数包含一个权重系数,权重系数的选取繁琐且耗时。为了消除权重系数并提高稳态性能,提出一种双矢量无权重预测转矩控制方法。该方法将转矩误差和磁链误差转换到α,β坐标系下,构建以备选矢量到转矩误差直线和磁链误差圆的距离之和的目标函数,以消除权重系数。引入占空比控制,进一步减小转矩和磁链脉动。仿真与实验结果表明,该方法具有良好的控制性能。     

一种多步预测的变流器有限控制集模型预测控制算法

变流器有限控制集模型预测控制(finite control setmodel predictive control,FCS-MPC)算法是一种变流器优化控制算法。该算法具有动态响应快、处理系统约束灵活且无需PWM调制器和相关参数设计等优点,但仅可确保所选开关函数组合在一个控制周期内的最优,这样将使得系统控制趋于保守,而影响系统控制性能。分析传统变流器FCS-MPC算法的保守性,提出一种在一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,并确保在两个控制周期内所选开关函数组合最优的多步预测的FCS-MPC算法(finitecontrol set model predictive control with multi-step prediction,FCS-MPCMSP);进行采用该算法的两电平三相电压型逆变器在空载、带阻感性负载、带非线性负载及负载投入等工况下的仿真和实验。仿真及实验结果表明:采用该算法的三相电压型逆变器输出电压与给定电压的差值明显小于采用传统FCS-MPC算法的情况,改善了逆变器输出电压质量,从而验证了该算法的有效性及可行性。     

表贴式永磁同步电机预测转矩控制的无权重代价函数设计方法

永磁同步电机（PMSM）模型预测转矩控制的代价函数中转矩与磁链具有不同的量纲,需要合理整定各自的权重系数,实现控制性能的优化。为此,该文在构建PMSM离散数学模型的基础上,首先将转矩误差与磁链误差表达式映射至两相静止坐标系下,分别等价为电压矢量终点到直线和到圆的距离表达式,两者因具有相同的量纲,可直接叠加构成该文所提代价函数,省去了权重系数的选取流程。然后将备选电压矢量依次代入代价函数,选取使代价函数最小的最优电压矢量作为下一控制周期的电压输入。最后建立仿真模型与实验平台,对该文所提无权重代价函数设计方法与其他PMSM预测转矩控制方法的稳态与动态性能进行比较,结果表明,所提方法具有良好的控制性能。