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。     

船用五相感应电机模型预测电流控制研究

传统五相感应电机矢量控制中包含多个PI参数需整定,且存在电压调制环节而造成控制系统结构复杂。引入模型预测电流控制代替矢量控制以解决该问题。获得预测模型后,在预测电流控制器中对五相逆变器输出的32个电压矢量进行遍历寻优,得到最优电压矢量的开关状态。为解决五相感应电机谐波空间电流影响,在代价函数中使用权重因子对谐波电流项进行调节,实现对谐波电流的抑制,并给出谐波含量与转速及权重因子之间关系。仿真结果表明,应用模型预测电流控制策略的五相感应电机动态响应速度快,在工况切换时依然具有良好的控制效果。     

五相永磁同步电机全速度范围占空比优化模型预测电流控制

传统五相有限集模型预测电流控制(finite control set model predictive current control,FCS-MPCC)在评价函数中加入谐波电流约束,有效抑制了三次谐波电流,但会降低直流电压利用率,因此该方法无法兼顾稳态性能与电压利用率;基于虚拟电压矢量的五相FCS-MPCC稳态性能良好,但直流电压利用率较低,调速范围受限。因此,文中提出一种五相永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)全速度范围占空比优化FCS-MPCC。首先,采用大矢量作为控制集以充分利用直流电压,并计算占空比减小电流误差;然后,设计占空比分配方式实现全速度范围的三次谐波抑制,并增加滞环比较器和动态电流反馈提高系统的稳态性能和动态性能;最后,通过实验验证所提方法的正确性和有效性。     

六相串联三相双PMSM系统无权重系数MPTC

针对六相串联三相双永磁同步电机(PMSM)系统提出了一种无权重系数的模型预测转矩控制(MPTC)策略,使用基于六相相电压误差的成本函数以消除传统成本函数中的权重系数.基于两台PMSM转矩方程的微分表达式和定子电压方程得到两台PMSM的期望电压矢量,同时由零序电流比例积分(PI)调节器得到期望零序电压,最后通过矩阵T6得到期望六相相电压.为抑制零序电流和缩短控制策略的计算时间,根据期望零序电压的大小,仅预选最多20个电压矢量代入到成本函数中优选出最优电压矢量.实验结果表明,所提控制策略独立解耦控制两台PMSM,同时实现两台PMSM转矩及定子磁链幅值的精确跟踪和零序电流的有效抑制.     

基于无权重DMPTC优化策略的永磁同步电机调速系统

针对永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)系统中存在的权重系数设计困难,以及稳态转矩、磁链脉动大的问题,提出了一种基于占空比优化的无权重模型预测转矩控制方法。首先建立PMSM无权重MPTC,每一控制周期内根据所定义的评估项计算交互误差,最小交互误差对应的电压矢量即为最优矢量,从而取消了权重系数设计。然后在无权重MPTC的基础上,引入占空比优化环节,所采用的占空比计算方法综合考虑了磁链和转矩因素,可有效抑制转矩、磁链脉动。仿真分析表明所提基于占空比优化的无权重模型预测转矩控制系统性能良好。     

无权重系数的永磁电机宽范围预测速度控制

为提高永磁同步电机系统的宽范围调速精度和动态响应性能，并解决预测速度控制中传统价值函数权重系数难以调整的问题，本文提出一种无权重系数的永磁电机系统快速预测速度控制策略，并结合电压矢量优化提出一种新的拓宽调速范围的方法。首先建立PMSM离散化模型，并进行参考电压矢量的预测，之后改进价值函数到电压量纲以省去权重系数，并根据参考电压矢量所在扇区位置进行备选矢量的选择，以缩短计算次数。同时为拓宽PMSM的调速范围，结合电压比较法，并从α-β坐标系电流极限和电压极限角度分析，辅以电压矢量调节时间的修正以实现对电流和电压的限制。最后，通过实验研究证明所提出的控制策略能够满足宽范围调速的动稳态需求，且无需权重系数整定。     

改进的永磁同步电机双矢量模型预测转矩控制

针对永磁同步电机（PMSM）传统模型预测转矩控制（MPTC）权重系数设置复杂、转矩和磁通脉动大的问题,提出了一种改进的PMSM双矢量MPTC方法。该方法扩展虚拟矢量以增加候选电压矢量,结合电压矢量作用于转矩和磁链的原则,减少选择候选矢量的计算量。同时,针对转矩无差拍和磁通无差拍,运用候选矢量的转矩占空比和磁通占空比构造了优化规则代替传统预测转矩控制中的代价函数,避免权重系数的整定问题。仿真结果表明,所提改进方法不仅提高稳态性能,而且能保持MPTC动态响应迅速的特点。     

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。     

永磁同步电机并联法模型预测转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)权重系数设计和调节的问题,采用并联法MPTC将多目标成本函数加权求和转换为单目标成本函数电压矢量集合求交集,从而消除权重系数。建立PMSM并联法MPTC,分析磁链控制电压矢量集合和转矩控制电压矢量集合中电压矢量个数对系统控制性能的影响。进一步建立考虑开关次数控制的并联法MPTC,并采用模糊控制器动态调节开关次数,控制电压矢量集合的电压矢量个数。仿真结果表明,PMSM并联法MPTC无需权重系数设计和调节。模糊并联法MPTC可根据系统实时运行状态动态调整控制目标集合电压矢量的个数,从而优化系统控制性能。     

基于简化有限集模型预测电流控制的五相PMSM统一容错控制

在五相永磁同步电机(permanent-magnet synchronous motor,PMSM)中,有限集模型预测容错控制(finite control set model predictive fault tolerant control,FCS-MPFTC)存在计算量大、电流谐波含量高等问题。因此,该文提出一种简化FCS-MPFTC来实现相开路和短路故障情况下的统一容错控制。首先,将模型预测电流控制的电流代价函数等效转化为电压代价函数,并采用无差拍方法通过电流模型计算出参考电压。然后,基于抑制三次谐波电流为0的原则合成虚拟电压矢量(virtual voltage vector,V3);通过重构V3和扇区,以直接获得参考电压矢量对应的最优电压矢量。最后,对传统和简化FCS-MPFTC在开路和短路故障下进行对比实验。结果表明,所提策略能够有效减小故障后计算量、转矩脉动以及电流谐波含量。     

开路故障条件下五相永磁同步电机的SVM模型预测转矩控制

针对五相永磁同步电机在开路故障下容错控制稳态性能不足的问题,提出了一种新型的模型预测转矩控制(MPTC)与空间矢量调制(SVM)方法相结合的MPTC控制策略。首先,在OCF条件下对五相PMSM驱动器系统进行建模,并应用MPTC和SVM的优点实现对不同子空间的联合控制。其次,为抑制谐波电压,选择在α β子空间中生成较大电压矢量的非零开关状态作为候选状态,并在矢量合成过程中将期望电压矢量所处象限中的两个任意电压矢量视为有效电压,根据电压矢量的选择提出SVM方法。最后,通过优化成本函数获得最佳的矢量合成,并通过实验验证所提控制策略的有效性。实验结果表明,所提控制策略无需额外控制器即可对基频和谐波子空间进行联合控制,并能获取理想的动态性能、增强系统稳态性能,且相较于其他算法,容错控制性能良好。     

TPFS逆变器驱动PMSM双矢量模型预测控制

当三相六开关逆变器出现单管开路故障时,可将其重构为三相四开关(TPFS)结构,从而实现容错运行。针对常规基于TPFS逆变器驱动的永磁同步电机(PMSM)模型预测控制,每个周期仅使用一个电压矢量,导致电流谐波较大的问题,提出了一种基于TPFS逆变器驱动的PMSM双矢量模型预测控制方法,以降低电流谐波。所提方法根据TPFS逆变器的4个基本电压矢量构造了4个虚拟双矢量,并假设每个基本电压矢量的作用时间与其价值函数成反比。由于所构造的虚拟双矢量的相位和幅值可调,当在每个控制周期内通过对比并选择1个最优虚拟双矢量用于控制TPFS逆变器时,PMSM的电流谐波得到显著降低。对比实验研究验证了所提方法的有效性。     

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。     

准Z源逆变器的模型预测电流误差控制

为降低准Z源逆变器模型预测控制的控制误差,提出一种模型预测电流误差控制方法。首先,在充分分析电压矢量对被控量性能影响的基础上,合理地选择适合各被控量的电压矢量组合方式。然后,利用电流对称控制思想保证电感电流关于其参考指令对称。最后,采用电压矢量抵消原理使输出电流幅值逼近其目标值。实验结果表明,所提方法能够大幅降低电感电流脉动和输出电流谐波含量;证明了所提方法能有效提高准Z源逆变器的控制精度,简化了对权重系数的设计工作。     

基于虚拟电压矢量集占空比优化的五相永磁同步电机直接转矩控制算法

传统的直接转矩控制(direct torque control,DTC)算法具有结构简单、动态响应迅速等优点,然而将其直接推广至五相系统中时会造成较大的谐波电流。为了消除其电流低次谐波、减小输出转矩脉动,针对五相永磁同步电机,提出一种基于虚拟矢量集占空比的优化DTC算法。构造虚拟电压矢量集,消除多相电机中特有定子电流低次谐波;分析转矩在不同电压矢量作用下的变化率,通过优化虚拟电压矢量的占空比有效减小转矩脉动;结合五相系统的特点分析传统离线开关表的不足,提出一种电压矢量的在线评估方法,利用评价函数选出最优的虚拟电压矢量。此外,半实物实验结果验证所提算法的有效性。     

准Z源逆变器级联模型预测控制

针对准Z源逆变器(quasi-Z-source inverter,qZSI)有限集模型预测控制(finite control set-model predictive control,FCS-MPC)策略存在权重系数调整缺乏合适的准则、调试繁琐等问题,提出一种适用于qZSI的级联模型预测控制(sequential-model predictive control,S-MPC)策略。在S-MPC策略中,首先根据电感电流的预测值判断下一个周期是否采用直通状态。若为直通状态,则选择直通矢量作为下一周期开关状态。否则,按照电容电压和输出电流控制对象的优先级,先计算优先级高的代价函数,并选取2个电压矢量用于下一级控制对象代价函数计算,从而消除了权重系数。同时,分析不同级联顺序对控制性能的影响。实验结果表明,所提qZSI的S-MPC策略,相比传统的FCS-MPC策略,在无需设计权重系数的条件下,使各个控制对象均得到了良好的控制,同时具有输出电流谐波小、动态响应快、抗扰动能力强、参数鲁棒性强、计算量小等优点。     

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。     

永磁同步电机级联模型预测转矩控制优化

针对永磁同步电机（PMSM）模型预测转矩控制（MPTC）权重系数设计和调节的问题,将权重系数连接的多目标成本函数并联形式转换为单目标成本函数的级联形式,从而消除权重系数。建立基于级联法的表面式PMSM MPTC,研究级联顺序及输出电压矢量个数对系统控制性能和计算量的影响。提出简化排序比较计算量的方法和采用模糊控制器动态调节输出电压矢量个数的优化策略。仿真结果表明：基于级联法的表面式PMSM MPTC可行,无需权重系数设计和调节。当第一级输出6个电压矢量时,采用简化算法的第一级排序比较次数和运行耗时分别减小71.43%和71.67%,整体运行耗时减少2.28%。与传统级联法相比,模糊动态级联MPTC可动态调节不同控制目标的重要性,减小转矩和磁链脉动,抑制动态磁链脉动,优化控制性能。     

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。