五相永磁同步电机串级模型预测电流控制

在五相永磁同步电机（PMSM）模型预测控制中,通过繁琐的计算法获取权重系数难以保证系统控制性能最优。针对该问题,本文采用级联模型预测控制的思想,提出五相PMSM串级模型预测电流控制。首先,分析所提方法选择最优电压矢量的机理。然后,结合五相PMSM的特点,设定被控变量的控制优先级,提出两种无权重系数的成本函数设计方案：基波电流优化方案采用幅值高的电压矢量,提高直流母线电压利用率和动态响应能力;谐波电流优化方案减小定子电流谐波,以降低系统噪声和振动。实验结果表明,所提方法能够保证施加电压矢量的最优性,使五相PMSM在不同工况下获得转矩脉动小、动态响应快、谐波电流小的良好性能。     

基于优化占空比的永磁同步电机模型预测控制

永磁同步电机(PMSM)模型预测控制因其具有动态响应速度快、方法简单等优点,受到了越来越多的关注.在PMSM控制策略中,有限集预测控制具有控制思想简单、便于处理多约束问题等优点,但由于有限集模型预测控制在一个采样周期只使用一个电压矢量,因此有较明显的转矩波动.为进一步降低转矩的稳态波动,在此提出了优化占空比模型预测控制...     

低开关频率的五相永磁同步电机有限集模型预测电流控制算法

多相电机广泛应用于航空与船舶推进等领域,具有容错性能强、功率密度高等显著优点.本文以五相永磁同步电机(P MSM)为研究对象,提出了一种适用于大功率应用场合的低开关频率FCS-MPCC算法.首先,深入分析了电流轨迹的变化规律,并结合电流参考值设计给定电流区域,根据电流预测值对电压矢量进行初步筛选.接着,在电流预测中引入...     

双三相永磁同步电机模型预测电流控制研究

六相逆变器为双三相永磁同步电机提供了丰富的电压矢量资源,能够使预测电流控制变得更加精准,但更多的电压矢量会带来算法计算量过大的问题,同时双三相电机的谐波电流会使电机的损耗增加,需要对其进行抑制.提出了一种改进的模型预测电流控制方法.利用最外围大矢量与次外围中矢量在z1z2子平面方向相反的特性,在一个控制周期内将两个矢量...     

三相矢量下永磁同步电机占空比预测电流控制

针对永磁同步电机在传统模型预测控制下,存在单个控制周期计算复杂、稳态电流波动较大、开关频率不固定等问题,提出一种三相电压矢量下的永磁同步电机占空比预测电流控制策略。该策略运用三相电压矢量进行预测控制,仅经3次预测后,利用最优、次优电压矢量进行一次占空比计算,经转化后即可得出两电平逆变器单控制周期内三相开关时间,从而输出任意幅值、相角的期望电压矢量。仿真结果表明,该策略与经典双矢量和三矢量预测电流控制相比,其控制性能更优异且耗时更短。     

优化开关频率的六相永磁同步电机改进模型预测电流控制

为了改善六相永磁同步电机的控制性能及器件损耗,提出了一种优化开关频率的多矢量合成模型预测电流控制方式。利用基波与谐波子空间矢量作用特性合成虚拟电压矢量,降低谐波电流;针对合成矢量开关频率多变,对电压矢量组合等效替代优化;结合零矢量运用无差拍电流控制计算占空比,经脉冲宽度调制优化开关频率,易于实现。仿真结果表明该方法有效抑制了谐波电流,证明了优化开关频率的有效性及可行性。     

六相永磁同步发电机占空比模型预测直接功率控制

针对传统六相永磁同步发电机(PMSG)单矢量模型预测直接功率控制(MPDPC)电流谐波大、有功和无功功率波动剧烈的问题,提出了一种占空比合成矢量MPDPC。通过对六相整流器的最大和中大电压矢量进行重构,获得12个合成矢量,实现了对谐波电流的有效抑制。在此基础上,提出在每个周期内同时作用一个合成矢量和零矢量,并根据有功和无功预测无差拍原理计算最优占空比,进一步抑制了有功和无功功率脉动。试验结果表明,所提占空比合成矢量MPDPC可以有效减少电流谐波和功率脉动。     

优化开关频率的六相永磁同步电机改进模型预测电流控制

为了改善六相永磁同步电机的控制性能及器件损耗,提出了一种优化开关频率的多矢量合成模型预测电流控制方式。利用基波与谐波子空间矢量作用特性合成虚拟电压矢量,降低谐波电流;针对合成矢量开关频率多变,对电压矢量组合等效替代优化;结合零矢量运用无差拍电流控制计算占空比,经脉冲宽度调制优化开关频率,易于实现。仿真结果表明该方法有效抑制了谐波电流,证明了优化开关频率的有效性及可行性。     

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...     

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。     

基于准谐振与模型预测控制的永磁同步电机电流环控制策略

电机磁场畸变以及逆变器非线性等因素导致的电流谐波会影响电机的控制性能甚至缩减使用寿命。模型预测控制作为一种可以实现多输入多输出控制的方法在电机控制中得到应用。构建合适的代价函数可以得到优于传统PI的电流波形,但对于一些难以建模的扰动抗性较差。在验证连续集模型预测控制有效性基础上,采用嵌入了准谐振控制器的模型,对特定频次的谐波进行抑制,实现了更好的谐波抑制效果。通过电机台架实验,进行了电流波形的对比,验证了该模型的有效性和可行性。     

永磁同步电机三矢量优化预测电流控制

为了降低传统预测电流控制算法的复杂度并改善其稳态性能,提出一种三矢量优化预测电流控制方法。首先,为了避免完整的枚举过程,利用电流无差拍控制原理快速获得下一周期的第一最优电压矢量;其次,遍历第一最优电压矢量与剩余有效电压矢量的所有组合,选择第二最优电压矢量;然后,灵活添加一个零矢量,以达到输出电压矢量方向和幅值均可调的目的;最后,考虑对直交轴电流波动同时抑制,基于定子直交轴电流差值参数得到各个电压矢量的作用时间。实验结果表明:相比传统算法,所提三矢量优化预测电流控制方法显著降低了计算复杂度,提高了系统的稳态运行性能。     

模糊占空比调制永磁同步电机模型预测转矩控制

传统模型预测转矩控制(MPTC)电压矢量作用于整个采样周期,会造成较大的磁链和转矩脉动。因此,提出模糊占空比调制永磁同步电机MPTC,采用MPTC选择施加的电压矢量,采用模糊控制确定电压矢量占空比。仿真表明模糊占空比调制MPTC系统运行良好。与传统MPTC、磁链和转矩无差拍模型预测控制以及磁链和转矩无差拍控制占空比调制相比,模糊占空比调制MPTC可减小稳态转矩脉动均方根误差（RMSE）、磁链脉动RMSE均值及定子电流总谐波失真（THD）。由于降低了磁链和转矩脉动,MPTC更多地选择零电压矢量,因此虽然采用占空比调制,平均开关频率反而有所减小。     

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。     

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。     

基于占空比调制的永磁同步电机直接转矩控制

针对传统直接转矩控制方法转矩和定子磁链脉动大、开关频率不恒定等问题,本文在详细分析转矩脉动和定子磁链脉动数学模型的基础上,提出了一种基于占空比调制的模型预测直接转矩控制策略.该策略根据转矩和定子磁链的综合误差确定所选电压矢量的占空比,根据不同的控制目标,占空比的计算方法可分为最终值法、平均值法和有效值法,每种方法均给出了精确的数学模型并进行了对比分析.同时考虑到实际应用中控制延迟的问题,引入了模型预测控制方法对系统变量进行预测,提前一个采样周期计算出所需施加的电压矢量及其占空比.仿真结果表明,基于占空比调制的模型预测直接转矩控制可以有效地抑制转矩脉动和定子磁链脉动,且逆变器开关频率恒定,同时降低系统采样频率.     

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。     

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。