基于空间矢量调制的感应电机无速度传感器模型预测磁链控制

传统的模型预测控制(MPC)以电磁转矩和定子磁链的幅值为控制变量,在目标函数中需要设计一个权重系数,而目前尚无完善的理论来设计该权重系数,多采用试凑的方法得到,从而限制了MPC在实际工业中的应用。通过解析推导感应电机的内部关系,将定子磁链幅值与转矩的控制转换为对一个等效定子磁链矢量的控制,提出了模型预测磁链控制(MPFC)的解决方案,从而避开了传统MPC中权重系数设计困难的难题,降低了算法复杂度。为提高感应电机控制系统的实用性,将MPFC与速度自适应全阶观测器相结合实现了无速度传感器运行,进一步采用空间矢量调制(SVM)来得到驱动脉冲,提高了电机的稳态性能和低速带载能力。在两电平感应电机仿真与实验平台上进行了验证,结果表明该文提出的感应电机无速度传感器MPFC在宽速范围内具有良好的动静态性能。     

基于三电平优化矢量的异步电机模型预测直接转矩控制

针对模型预测三电平直接转矩控制需对27个电压矢量进行价值函数优化评估,使得计算量过大而不利于实际应用的问题,提出一种基于三电平优化矢量选择器的异步电机模型预测控制方案,根据转矩和定子磁链的给定值得到期望的优化电压矢量,只需对优化电压矢量所在扇区的有限的4个矢量进行优化评估,有效降低了求解计算量。进一步地,为降低开关频率,在价值函数上加入对IGBT开关切换次数的约束,形成具有开关频率限制的模型预测控制策略,在兼顾转矩和磁链偏差的同时降低逆变器开关频率。针对三电平预测控制中的中点电压平衡问题,根据中点电压大小和电机电流方向,实现了中点电压平衡控制。仿真和实验结果验证了所提出控制方案的正确性和可行性。     

基于优化PWM的定子磁链轨迹跟踪控制研究

在异步电机的高性能控制方案中,为了降低开关损耗,采用优化脉宽调制(PWM)实现低开关频率下较小的电流谐波畸变。但在调制模式频繁切换时,优化PWM会产生电流和转矩冲击。因此,研究了将优化脉冲在线移位的闭环定子磁链轨迹跟踪控制方法,提出了由基于自控电机的降阶观测器与电机电流模型观测器组成的双观测器模型,实现了基波分量观测。结合电流谐波最小脉宽调制（CHMPWM）开关角,利用其重构参考磁链与实际磁链的差值,实现定子磁链轨迹跟踪。提出了无差拍下修正开关角小于2时的脉冲模式调整方案,消除了系统的动态调制误差,实现了低开关频率下异步电机的高性能控制。在开关频率为300 Hz以下的NPC型三电平逆变器上的仿真和试验证明了定子磁链轨迹跟踪控制策略的有效性。     

异步电机无速度传感器直接转矩控制系统

论文基于模型参考自适应控制系统原理(MRAS)设计了一种新型的速度磁链自适应观测器，它以定子电流和定子磁链为状态变量，把磁链观测和速度辨识结合在一起，可以将定子磁链观测值直接应用于直接转矩控制算法中，并实现了异步电机无速度传感器直接转矩控制系统。定义了李亚普诺夫函数，根据其稳定性理论确定了速度自适应律。利用SIMULINK中的库元件和S-function构建了异步电机无速度传感器直接转矩控制系统仿真模型，仿真实验结果表明提出的速度磁链自适应观测器对速度辨识快速而准确，算法比较简单，计算量小，便于在线实现。该系统具有较好的定子磁链和转速观测精度以及对定子电阻变化的鲁棒性，能改善低速时磁链畸变的程度和运行特性。     

基于虚拟磁链定向的NPC三电平逆变器有限控制集模型预测控制

针对传统的NPC三电平逆变器有限控制集模型预测控制(FiniteControlSetModelPredictive Control,FCS-MPC)存在计算量大、du/dt高等问题,提出了一种改进的FCS-MPC策略。通过添加开关跳变等约束条件,计算量减至传统FCS-MPC的1/3,同时降低了du/dt;以电压预测代替电流预测,进一步降低了算法的计算量。此外,给出了一种改进的电网虚拟磁链观测模型。根据逆变器αβ坐标系下的离散数学模型估算出电网电压,而后采用一阶低通滤波器计算电网虚拟磁链,减小了虚拟磁链的波动。仿真结果验证了所提出的虚拟磁链观测方法的有效性和NPC三电平逆变器FCS-MPC策略良好的动静态特性。     

基于改进模型预测控制的永磁同步电机DTC方法

对于永磁同步电机(PMSM)调速系统,基于模型预测控制(MPC)的直接转矩控制(DTC)计算量较大,不利于在线实现。深入分析了永磁同步电机定子电流和定子磁链的关系,提出了一种无需电流预测的基于改进模型预测控制的直接转矩控制方法。实验结果表明,所提出的控制方法明显减小了传统直接转矩控制的转矩脉动,同时与传统模型预测控制相比,该方法大大降低了计算量和算法复杂度,更有利于在快速动态系统中实现。     

基于电流误差限定的无轴承异步电机模型预测电流控制

针对无轴承异步电机传统矢量控制中存在电流畸变的问题,提出一种基于电流误差限定的模型预测电流控制(model predictive current control,MPCC)策略。在建立无轴承异步电机离散数学模型的基础上,根据定子电流和定子磁链观测值,预测下一时刻的定子磁链和定子电流。运用电流误差限定策略对每个电压矢量下的电流进行筛选,选取最优电压矢量对应的开关状态作为逆变器的输出状态,从而有效降低开关频率。同时,引入全阶观测器,提高参数观测值的精确度,加快电机的收敛速度。由于系统存在滞后性,对系统进行延时补偿,进一步提高了电机的控制性能。仿真和实验结果均表明,采用所提MPCC策略的无轴承异步电机控制系统,电流畸变有效改善,能实现稳定悬浮,具有良好的静态特性和动态响应特性。     

零序分量注入型三电平感应电动机矢量控制系统

提出一种基于三电平中点箝位(NPC)逆变器的零序分量注入型感应电动机矢量控制方案。系统中使用快速电流控制的直接转子磁链定向矢量控制模式,由于定子电流是由快速电流环控制,因此系统中不用使用定子电压方程,并且不需要解耦电路。转子磁链位置角由磁通模型计算得到。感应电动机由三电平NPC逆变器供电,三电平NPC逆变器由于开关器件的电压应力是传统两电平逆变器开关器件上电压应力的一半,所以适合用于中压调速系统。逆变器控制采用开关优化PWM算法,通过注入零序分量,不但优化功率器件的开关频率,而且可以稳定中点电位。仿真结果表明,该方法在三电平逆变器供电的感应电动机上有效地实现了矢量控制,并且具有很好的性能。     

三电平逆变器驱动的感应电机模型预测直接转矩控制系统

将模型预测控制应用于电机调速领域,对三电平逆变器驱动的感应电机模型预测直接转矩控制(MPDTC)系统进行了研究.MPDTC系统利用感应电机的离散化数学模型对三电平逆变器27种电压空间矢量对应的定子磁链和转矩未来状态进行预测,构造定子磁链和转矩的给定值与预测值偏差的目标函数,滚动优化,选取最优开关状态,实现对转矩和磁链的有效控制.仿真结果表明MPDTC策略具有转矩动态响应快,速度和定子磁链跟踪性能好,转矩脉动较小等优点.     

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。