模型预测控制在永磁同步电机系统中的应用发展综述

随着数字技术的发展,模型预测控制(MPC)已经广泛应用于交流传动系统。首先介绍了经典MPC策略——有限控制集MPC和连续控制集MPC的原理。其次综述了多步预测控制、多矢量预测控制、具有参数鲁棒性的预测控制、广义模型预测、显式模型预测这些常见的改进MPC的研究现状,并提出相关研究思路。最后,根据MPC的应用需求和研究现状,展望了未来需要进一步深入和拓展的研究方向。     

一种新型滑模观测器的PMSM无传感器预测控制

为了提高永磁同步电机(PMSM)无位置传感器位置检测精度,提出了一种新型滑模观测器(SMO)的无位置传感器有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)方法,用于表贴式PMSM驱动采用FCS-MPC策略解决传统矢量控制无法满足系统快速响应的问题,并能有效地避免比例积分(PI)控制器的整定困难。利用增强的正交锁相环(eQPLL)从SMO的估计反电动势获得PMSM的转子位置角和转速,并将估计出的转子位置角和转速反馈到模型预测控制(MPC)模块,实现无位置传感器控制,增强了控制器的鲁棒性实验结果表明所提控制方法在无位置传感器位置和转速检测精度的提高上是可行的。     

基于SOC的五相电机模型预测控制系统研究

由于五相电机调速系统包含25=32个有效电压矢量,当采用模型预测控制(MPC)方法进行系统控制时,存在滚动优化次数过多、耗时严重等问题,造成电流内环跟踪品质的大幅降低。研究了一种基于片上系统(SOC)的电机模型预测控制系统,在建立五相电机调速系统离散预测模型的基础上,结合SOC并行处理的特点,进行MPC价值函数优化设计。样机实验结果表明SOC应用于五相电机MPC系统的可行性和有效性。对比顺序执行的数字处理系统可知,SOC有效提升了系统执行速度和控制精度,为价值函数中加入更多复杂优化指标提供了可能。     

基于模型预测的多电机弱磁同步控制策略研究

从工业场合下多电机系统高速运行的实际需求出发,分析了传统多电机控制系统和传统弱磁控制系统的优缺点,针对多电机高速运行时的弱磁特性进行了研究。模型预测控制(MPC)是一种基于被控对象模型的新型控制算法,具有较强的鲁棒性和较好的控制性能。交叉耦合控制是一种在并行控制基础上对每个电机进行相应补偿的控制系统。将MPC应用到多电机控制系统中并对其进行改进使其具有弱磁控制能力;对传统的交叉耦合控制策略进行改进。将二者结合提出了一种基于模型预测的多电机弱磁同步控制策略,并以双电机系统为例。最后,进行了仿真验证,仿真试验结果表明,基于模型预测的多电机弱磁同步控制策略,可获得比传统双电机系统更好的跟随性能和同步性能。     

基于混合逻辑动态模型的三相逆变电路有限控制集模型预测控制策略

逆变电路传统开关函数模型只能描述电路的控制变迁而忽略了电路的条件变迁,为此,建立了三相逆变电路混合逻辑动态(mixed logical dynamical,MLD)模型。在此基础上,将其作为预测模型,提出了电路的有限控制集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)策略。FCS-MPC充分考虑了电路的离散特性,选择有限控制集中使目标函数值最小的开关状态作为电路开关管的控制信号,从而控制电路的输出电压,无需任何调制器,可简化MPC的优化问题。此外,基于全维状态观测器设计了电路负载电流观测器,增强了控制器的鲁棒性。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。     

基于模型预测控制的永磁同步电机电流控制技术综述

永磁同步电机(PMSM)驱动控制技术的性能直接决定着整个电机驱动系统的性能。由于模型预测控制(MPC)技术可以对多输入多输出(MIMO)系统进行滚动优化控制,且容易施加约束,因此基于MPC的电机驱动技术正逐渐受到关注。回顾并总结了近年来国内外学者在基于MPC的PMSM电流控制方面所做的研究,并对现有技术中的基于单矢量、双矢量以及三矢量的电流控制技术进行了建模并进行了电流输出波形分析。最后综合比较了现有技术的优缺点,并讨论了现有技术尚存的一些问题和未来发展的主要方向。     

有限集模型预测控制在电力电子系统中的研究现状和发展趋势

介绍电力电子系统有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)方法的基本原理,根据模型预测控制三要素分析了FCS-MPC在实际应用中存在的不足,指出在后期研究中亟待解决的问题,并就其控制器结构、动态性能和稳态性能等方面与传统滞环控制和线性控制进行比较与分析。从FCS-MPC模型失配、目标函数设定、开关频率不固定、运算量大和控制性能改善等几个方面综述了中外学者针对这些热点的研究现状,并进行了简要分析,讨论并提出相关研究思路。根据FCS-MPC的应用需求和研究现状展望了未来需要进一步深入和拓展的研究方向。     

适用于Boost三电平变换器的模型预测控制方法

相比于传统的双闭环控制,模型预测控制(MPC)具有动态响应快、无需调节PI参数以及可以增加系统状态变量约束等优点,被广泛应用于DC-DC变换器的控制中。而在大多数的研究中,一般采用的是有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)方法,但这种控制方法无法提供固定的开关频率。因此,针对Boost三电平变换器,提出了一种基于连续控制集模型预测控制(CCS-MPC)的固定开关频率控制方法,其可同时实现输出电压控制以及平衡输出侧中点电位2个控制目标,并且在评价函数中无需调节不同控制目标的权重系数,简化了控制器参数设计难度。通过MATLAB/Simulink软件和dSPACE实时仿真系统进行仿真与实验,结果都证明了理论分析的正确性。     

开绕组永磁同步电机系统有限集模型预测控制研究

提出了一种用于开绕组永磁同步电机(OW-PMSM)的快速模型预测控制方法,与传统模型预测电流控制(MPCC)相比,在不影响性能的情况下减少了预测的次数和时间.为了提高OW-PMSM的转速响应和抗负载扰动性,提出了单环模型预测控制(MPC),将速度环MPC和电流环MPC组合一起同时进行模型预测控制.仿真结果表明所提出方法能够有效降低算法复杂度和改善系统控制性能.     

基于模型预测控制的单位功率因数电流型PWM整流器

传统的模型预测控制(model predictive control,MPC)采用基于脉冲响应的非参数模型作为预测控制模型,计算复杂,很难直接应用到快速的实时控制系统领域。该文提出了一种改进的MPC,并将此改进的MPC技术成功地引入到电流型PWM整流器(current source PWM rectifiers,PWM-CSR)的功率因数校正系统中。改进的方法从PWM-CSR控制量与被控制量的传递函数入手,得出整流器的一阶差分方程作为预测控制模型,同时省略传统模型预测控制(MPC)中参考轨迹这一不确定因素,因而克服了传统MPC计算量大,实现困难的缺点,并保留了传统MPC反馈校正、滚动优化的优点。在用DSPTMS320LF2407A为开发平台的实验样机结果表明:改进的MPC用于PWM-CSR的功率因数校正系统中,具有优良的稳定控制性能和快速的动态响应性能。     

并网变流器有限控制集模型预测控制

为了提高带LCL滤波器的并网变流器的控制性能,设计了一种新型的有限控制集模型预测控制(FCSMPC)策略。交直流变流器采用LCL滤波器接入电网时可带来诸多优点,但也存在电网电流谐振,以及控制复杂度增加的问题。新方案通过将主动阻尼算法融合进FCSMPC控制器中可消除电网电流低次谐波,并降低对电网电压失真的敏感度。使用并网变流器实验平台进行新控制策略的稳态和瞬态测试,以及电网电压扰动下的测试。实验结果表明,所开发的新型控制方案能在电网电压失真条件下降低电网电流谐波含量,并具有较好的动态性能和鲁棒性。     

基于混合控制集预测控制的永磁同步电机电流脉动抑制方法

模型预测控制(MPC)技术近年来在高动态性能电机驱动系统中应用广泛。为了克服传统MPC技术中有限控制集(FCS)造成的稳态电流脉动问题,提出了一种基于混合控制集(MCS)预测控制的永磁同步电机(PMSM)电流脉动抑制方法。分析建立PMSM预测控制系统离散数学模型,并分析电压矢量精度与电流脉动之间的关联性;在此基础上,MCS-MPC将电压源型逆变器有限的有效电压矢量数,扩展为多个以占空比形式存在的虚拟电压矢量,并基于上述虚拟电压矢量完成MPC优化问题在线求解;此外,考虑到MCS-MPC系统的参数敏感性问题,对MCS-MPC系统反馈噪声问题进行分析讨论。最后,搭建双15 k W PMSM对拖样机测试平台进行试验分析,分析内容包括MCS方法动态跟踪特性、电流脉动稳态效果。试验结果表明所提出的MCS-MPC方法在保留了传统预测控制技术高动态响应的基础上,可有效降低PMSM稳态电流脉动幅度和运行噪声。     

电力系统分布式模型预测控制方法综述与展望

模型预测控制作为一类约束优化控制策略,在电力系统控制领域得到了广泛的应用,传统的集中式模型预测控制难以满足复杂互联电力系统的多目标优化、可靠性、实时优化等要求。分布式模型预测控制能够协同多个局部控制器实现全局优化或纳什优化。文中全面综述分布式模型预测控制在电力系统中的研究现状和发展方向。首先,按照控制结构对模型预测控制方法进行了分类和对比分析,接着重点阐述了非协作式和协作式2类分布式模型预测控制方法。然后,围绕分布式模型预测控制在不同应用场景分别进行综述和分析。最后,指出了分布式模型预测控制在电力系统控制应用的研究方向。     

永磁同步电机的模型预测控制研究

模型预测具有动态响应快速和电流跟踪精确等优点,广泛应用于功率变流器领域。采用模型预测电流控制策略,主要研究永磁同步电机的控制,解决传统PI控制器动态响应慢、有超调等问题。整个实验平台以TMS320F28335为控制器,设计了永磁同步电机控制实验,分析了电动机电流环的稳态和动态响应以及转速的动态跟踪性能。实验验证了模型预测在永磁同步电机控制中的优越性能。     

基于模型预测的分布式电压协调控制

电力系统电压控制是维持系统电压水平的重要环节.文中基于模型预测控制理论和方法,利用分解协调法及辅助问题原理构造了分布式电压协调控制模型,实现了电压预测控制模型及结构的分解,使全局集中的优化问题转化为若干个只需本区域系统模型及数据的可分布式协调求解的子优化问题,有效降低了优化问题的求解规模,提高了计算和控制的灵活性及安全性.仿真结果表明,该方法能有效地控制系统电压,防止电压失稳,获得与集中电压预测控制相似的控制效果.