增加延时补偿的永磁同步电机电流预测控制

电流预测控制是交流电机控制领域广泛应用的一种优化控制方法。从永磁同步电机在同步旋转坐标系中的数学模型出发,描述了离散化的电流预测控制方法来提高电机控制系统电流环的性能。针对控制延时导致定子电流在参考值附近振荡并增加电流纹波和转矩脉动的问题,采用一拍延时补偿提高了控制系统的性能,仿真验证了所描述方法的有效性和可行性。     

永磁同步电机电流预测控制算法

在同步旋转轴系下,提出了一种基于无差拍算法的永磁同步电机离散化电流预测控制方法,来提高电机电流环的性能。基于电机数学模型,电流控制器根据电流给定和反馈值计算得到电压矢量,通过空间矢量脉宽调制模块将电压矢量转换为开关信号。引入了鲁棒电流预测算法,来减小预测模型参数误差对系统稳定性的影响。仿真和实验结果表明,与传统矢量控制相比,永磁同步电机电流预测控制算法有效地提高了伺服系统电流环的动态性能和稳态精度。     

新能源汽车永磁同步电机复矢量解耦补偿策略

在实际应用中新能源汽车采用的内置式永磁同步电机(PMSM)存在d,q轴电流动态耦合和控制延时两大问题。针对电流耦合问题,采用复矢量解耦的方式,根据零极点相消的原理,引入随速度变化的零点实现d,q轴动态解耦。针对控制延时的问题,结合新能源汽车应用场所中的不同工况,采用低载波工况双采样,高载波工况单采样的电流控制策略。通过台架实验结果表明复矢量解耦和延时补偿策略能有效提高电流环动态性能,提高电压利用率以及系统稳定性。     

基于预测误差补偿的鲁棒型永磁同步电机模型预测电流控制

模型预测控制(model predictive control,MPC)已被越来越多地应用于永磁同步电机(permanent magnet synchronous machine,PMSM)驱动系统中。由于MPC是基于系统模型实现的,因此存在系统参数鲁棒性较差的问题。为解决此问题,该文针对PMSM提出一种基于预测误差补偿的鲁棒型模型预测电流控制策略。在该策略中,电流的预测值与实际采样值之间的误差被作为补偿因子反馈到电流预测中。同时,为保证补偿的准确性,所有电压矢量对应的电流预测误差将在一个控制周期内同时得到。因此当PMSM参数失配时,该文提出的模型预测电流控制仍然能够通过在线误差补偿实现可靠的电流预测,进而提升MPC的参数鲁棒性。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。     

永磁同步电机改进预测电流控制

在模型预测控制中,大量的计算会产生动作延迟,并且离散化方法的不准确性也会将误差引入系统,当采样时间较长时上述两种情况会导致系统性能恶化。为解决该问题,可采用双线性变换法获得更为精确的电机离散时间模型,该离散方法可保证系统有更优的稳定性。再通过引入延时补偿来解决预测电流时由于计算导致的动作延迟,从而减小电流纹波。基于此搭建仿真模型并进行试验研究,仿真与试验证明该预测系统具有动态跟踪特性好、电流纹波小和抗负载扰动强等优点。     

基于闭环电流平均值法的永磁同步电机谐波抑制方法

由于逆变器的非线性及永磁同步电机(PMSM)的气隙磁场畸变,在运行过程中PMSM定子电流中含有大量的谐波分量,导致电流波形发生畸变,从而引起较大的转矩脉动。针对传统谐波抑制方法采用低通滤波器(LPF)提取5、7次谐波分量,动态响应时间长,稳态误差大的问题,提出了闭环电流平均值法提取谐波分量。仿真结果表明,闭环电流平均值法可以提高系统的快速性和稳定性。将电流平均值法应用于PMSM谐波抑制系统,仿真结果表明:基于闭环电流平均值法的谐波电压注入法可以降低电流波形的畸变率及5、7次谐波含量。     

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。     

永磁同步电机模型预测电流控制比较研究

对永磁同步电机的3种模型预测电流控制方案进行了比较研究。传统模型预测电流控制策略在单个采样周期中输出一个电压矢量,选择使价值函数最小的电压矢量输出。双矢量模型预测电流控制策略在单个采样周期中输出2个电压矢量,并分别计算2个电压矢量的作用时间,使输出电压矢量与期望电压矢量更加接近。三矢量模型预测电流控制策略在单个采样周期中输出2个有效电压矢量和一个零矢量,扩大备选电压矢量的覆盖范围,减小电流脉动。为了比较3种控制策略的动、静态性能,进行了对比仿真分析。仿真结果表明,多矢量模型预测电流控制具有良好的动静态性能,与传统模型预测电流控制相比,能有效地减小电流脉动。     

永磁同步电机改进无差拍电流预测控制

永磁同步电机数字控制系统的电流预测控制,具有动态响应快、开关频率恒定、适于数字实现等特点。基于拉格朗日插值的无差拍预测控制算法,对电机电感参数失配比较敏感。为此,提出一种改进无差拍预测控制算法,修改了电流偏差约束条件和输出电压预测方法。利用根轨迹法分析了算法鲁棒性与电感参数失配的关系。在电机电感参数发生失配情况下,能够维持系统稳定,实现电机电流的闭环控制,使实际电流跟随给定,提高了算法的鲁棒性。仿真和实验结果验证了分析设计的可行性和有效性。     

永磁同步电机鲁棒有限集模型预测电流控制研究

永磁同步电机的有限控制集模型预测电流控制直接输出离散的开关状态来达到控制目标,能够在低开关频率下获得期望的控制效果,但同时其也存在固有的合成误差与依赖模型参数的问题。为降低传统两矢量方法造成的合成误差,提出了一种扩展电压矢量方法。为增强参数鲁棒性,在分析参数失配对控制影响的基础上,针对永磁体磁链和定子电感参数失配提出了新的补偿算法。通过实验证明了提出方法能够有效降低合成误差并提升系统的参数鲁棒性。     

永磁同步电机双矢量模型预测电流控制

在占空比模型预测电流控制中,由于第二个电压矢量只能是零电压矢量,在每个采样周期中只能选择6个固定方向上的电压矢量,因此电流仍存在较大波动。提出一种双矢量模型预测电流控制方法,该方法在每一个采样周期中进行两次电压矢量选择,可以在进行第二次电压矢量选择时采用非零电压矢量,电压矢量的选择范围扩大为任意方向、任意幅值的电压矢量,并且在价值函数中考虑了作用时间对电压矢量选择的影响,使得电压矢量的选择更加准确。实验结果表明:所提出的方法具有良好的静动态性能,同时与占空比模型预测电流控制相比,该方法有效地减小了电流波动。     

永磁同步电机低复杂度双矢量预测电流控制

针对永磁同步电机传统模型预测电流控制中存在计算负担重和电流脉动大的问题,提出一种低复杂度双矢量预测电流控制方法。首先,利用电流无差拍控制原理快速获得下一周期的第一电压矢量,相比传统方法可减少一个周期的预测次数。其次,进行第二电压矢量的选择时可以采用非零电压矢量,增大备选电压矢量的覆盖范围。最后,根据均方根电流脉动方程,确定满足最小电流脉动条件下各个电压矢量的最佳作用时间。仿真和实验结果表明：相较于传统单矢量、双矢量预测电流控制方法,所提低复杂度双矢量预测电流控制方法能够有效抑制电流脉动,降低算法的复杂度和计算量,提高了永磁同步电机控制系统在实际中的运行性能。     

一种改进型永磁同步电机模型预测电流控制方法

传统永磁同步电机（PMSM）模型预测电流控制（MPCC）的稳态控制性能与开关频率之间存在矛盾问题,因此在传统MPCC的基础上,提出了一种改进措施。通过将一个电压矢量的电流预测轨迹推广到两个控制周期,并采用不同时刻的电流预测值构建新的成本函数,来评估两个周期内的最优电压矢量,使相邻周期最优电压矢量尽量相同,从而降低逆变器的开关频率。仿真结果表明,相比于传统MPCC,所提方法在相同的控制频率下,可以有效降低开关频率。此外,在开关频率近似相等的情况下,所提方法可以有效改善电流控制性能。     

永磁同步电机改进型双矢量模型预测电流控制

针对永磁同步电机(PMSM)单矢量模型预测电流控制(MPCC)中,电流存在较大波动问题,提出了一种改进型双矢量MPCC(TV-MPCC)算法。每个扇区用零矢量和1个有效电压矢量或者2个有效电压矢量合成1个期望电压矢量,利用价值函数最小值原理,选出最优电压矢量。通过dq轴电流无差拍控制方法来计算电压矢量的作用时间,对电流实现无差拍控制。最后在MATLAB/Simulink环境中搭建模型进行仿真,结果表明与单矢量MPCC相比,优化后的控制策略减小了电流波动,提高了系统稳定性。     

大功率永磁同步电机的模型预测电流控制

针对大功率永磁同步驱动系统开关损耗大的问题,提出了一种基于三电平逆变器的模型预测电流控制方法。基于电机数学模型,电流控制器根据电流给定和反馈值计算得到电压矢量。通过空间矢量脉宽调制模块将电压矢量转换为开关信号,合理选择输出电压矢量和开关顺序,对输出电压矢量进行优化,以此减少开关损耗。仿真和实验结果表明,与传统矢量控制相比,大功率永磁同步驱动的模型电流预测控制算法使得开关频率减少30%,同时提高了系统电流环的动态性能和稳态精度。     

采用定子电流与扰动观测的永磁同步电机改进预测电流控制

提出了一种采用定子电流和扰动观测补偿的改进预测电流控制(PCC)算法。理论上永磁同步电机PCC具有优异的控制性能,但现实系统中离散采样延时与电磁参数时变等问题使得原理上基于模型的预测电流控制器的控制品质严重恶化。设计了龙伯格(Luenberger)状态观测器实现对定子电流与参数扰动的观测,并应用于补偿和改进经典的无差拍预测电流控制器。将观测到的当前时刻的定子电流替代当前时刻的采样电流用于反馈控制,以补偿采样延时;运行过程中电磁参数的变化使得模型参数失配,其影响以电压扰动的形式被观测出来,并补偿到预测控制输出的电压指令中。仿真和试验结果验证了所提方法的有效性。     

基于参考电流斜率的永磁同步电机三矢量模型预测电流控制

永磁同步电机（PMSM）传统模型预测电流控制（MPCC）策略由于输出电压矢量幅值及相位无法调节,导致其稳态性能较差。提出了一种基于参考电流斜率的三矢量模型预测电流控制策略。该方法将参考电流斜率与基本电压矢量电流斜率进行比较,无需使用价值函数遍历所有的电压矢量,即可选择出两个有效电压矢量,并与零电压矢量以一定的占空比组合,合成输出的电压矢量能够覆盖一定范围内的任意幅值、任意相角,且该策略相较于传统模型控制显著减少了系统整体计算量。仿真结果表明,相较于传统模型预测电流控制策略,所提控制策略可有效减小电流脉动,提高系统的稳态性能。     

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。     

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...     

高速永磁同步电机解耦控制——低载波比数字延时与Smith预估控制

永磁同步电机(PMSM)运行在高速工况时,由于逆变器的开关频率受限使得载波比较低,会出现数字延时加剧的问题,直接影响了系统的控制性能,甚至造成系统失稳。针对低载波比工况下的数字延时问题,首先对数字延时环节进行精确的复矢量建模,并基于转速及电流环带宽的根轨迹、闭环零极点图及波特图分析数字延时对系统性能的影响,并给出考虑延时后系统的临界失稳转速。结合复矢量解耦策略,提出一种改进的基于Smith预估控制的解耦延时补偿电流控制策略,能够避免高速低载波比工况下系统失稳的问题,提高了电流环的稳定性,同时具有较好动态响应能力和解耦性能。采用Simulink仿真对比验证了所提的解耦延时补偿控制策略的有效性。