断相故障下开绕组永磁同步电机模型预测控制容错控制策略研究

共直流母线型开绕组永磁同步电机系统由于双逆变器供电且存在零序回路,具有一定的容错能力,但控制中需考虑零序电流的影响.然而当永磁同步电机发生单相断相故障后,原电机模型不再适用,若继续沿用断相前控制策略,将导致电机转矩脉动变大、控制性能变差.该文根据开绕组永磁同步电机断相后的系统特性,重新设计坐标变换矩阵,得到新坐标变换下的dq轴电机数学模型.新的转矩方程表达简洁、转矩控制方便,同时新的电压方程也相互解耦,因此电流预测计算量小,且控制更加准确.为提高电流控制性能,断相前后均采用三矢量模型预测控制策略.考虑到断相后的基本电压矢量将发生变化,重新构建了断相系统拓扑下新的电压矢量平面并基于新的基本电压矢量计算电压矢量占空比.实验结果证明了所提方法的有效性和优越性.     

永磁同步电机有限状态集模型预测控制对比研究

建立了表面式永磁同步电机模型预测电流控制、基于转子坐标系和基于定子坐标系的模型预测转矩控制系统,从系统实现、运行性能、平均开关频率和参数鲁棒性对以上三种控制策略进行仿真对比,为永磁同步电机模型预测控制策略的选择提供参考.     

开绕组永磁同步电机零矢量注入模型预测控制

针对开绕组永磁同步电机在共母线型拓扑结构中存在的零序电流问题,提出一种零序电流抑制的改进模型预测控制方法.采用无差拍预测模型,得到跟随系统状态变量给定的期望电压矢量,根据电压误差最小化原则确定最优基本电压矢量,并划分占空比间隔选取出最优基本电压矢量的作用时间.改进后的模型预测控制,通过比较非零电压矢量所产生的零序电压与...     

开绕组永磁同步电机控制策略研究

随着我国能源结构的转型,新能源汽车迎来了快速发展.电机作为新能源汽车关键的一部分,对电动汽车行业的整体发展有着重要意义.采用共直流母线双逆变器拓扑结构的开绕组永磁同步电机作为一种新的电机驱动系统,系统共模电压抑制问题与容错控制一直是国内外学者研究的重点.本文以一台三相开绕组永磁同步电机为例,采用了一种可抑制共模电压的控...     

永磁同步电机有限控制集模型预测转矩控制系统研究

建立了基于定子磁链x-y坐标系的永磁同步电机(PMSM)有限控制集模型预测转矩控制(FCS-MPTC)系统,仿真验证了系统的有效性和可行性。针对磁链和转矩预测模型较为复杂的问题,提出了磁链和转矩的简化预测模型。理论分析、仿真和试验结果验证了FCS-MPTC的简化模型与常规模型控制效果相当,可明显减小计算负担,提高系统实时性能。将电压矢量幅值和角度作为FCS-MPTC的控制变量,设计了变幅值变角度的备选电压矢量集合。仿真结果表明该备选电压矢量集合可有效减小稳态转矩脉动,但动态性能不及传统备选电压矢量集合。基于不同备选电压矢量的特点,提出了根据系统状态自适应动态变化的备选电压矢量策略。仿真结果表明,该控制策略在静动态下均可取得良好的控制性能。     

基于四桥臂拓扑的开绕组永磁同步电机预测电流控制策略研究

开绕组永磁同步电机四桥臂控制系统相比常规的开绕组同步电机双逆变器控制系统,在保证直流母线电压利用率一样的条件下,可以显著降低成本。为了抑制共母线开绕组永磁同步电机四桥臂控制系统的零序电流,在传统的模型预测电流控制的基础上,提出基于三维空间快速选择最佳电压矢量和基于无差拍预测电流控制的零序电流抑制方法。对共直流母线四桥臂系统的数学模型及αβ平面的电压矢量分布进行分析;采用模型预测电流算法进行控制;建立abc坐标系下的空间电压矢量分布系统,并分析几何空间关系,提出选择最优电压矢量的方法,效率得到提升,同时零序电流也得到了有效抑制;建立0轴电压预测方程,并采用中矢量调制方法,提出基于无差拍预测电流控制的零序电流抑制策略,不仅抑制了零序电流,而且不需要复杂的价值函数计算,大大减少了计算量。该控制方法能够显著提升系统的动态和稳态性能。仿真验证了该控制方法的正确性和有效性。     

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。     

永磁同步电机有限集无参数模型预测控制

针对常规有参数有限集模型预测控制(FCS-MPC)在参数失配时性能下降的问题,提出一种用于永磁同步电机电流预测控制的有限集无参数模型预测控制(NMPC)。NMPC基于局部建模思想,采用集总参数模型进行预测控制,将任何影响稳态误差的因素折合在集总电势中,任何影响电流变化率的因素折合在集总动态电感中,并在线估计更新模型,从而无需任何电机参数实现预测控制。采用包含电流预测误差的代价函数推导了用于两种集总参数在线估计的自适应律。仿真和实验结果表明,集总参数模型预测精度高,在参数和工况未知或时变的情况下,NMPC仍能达到模型精确FCS-MPC的控制性能,证明了方法的有效性。     

开绕组永磁同步电机混合双矢量模型预测控制

为了抑制共直流母线绕组开路永磁同步电机(OW-PMSM)控制系统中的零序电流并进一步提高电流质量,提出一种混合双矢量模型预测电流控制(MPCC)方法.首先,根据产生零序电压的大小将六个非零电压矢量进行分组;其次,利用参考电压矢量直接选择第一逆变器非零电压矢量与零矢量,并计算零矢量作用时间以实现对零序电流的控制;在此基础上,遴选第二逆变器的两个候选非零电压矢量并计算作用时间,从而实现对dq轴电流的跟踪.该方法中第一逆变器每个控制周期作用一个非零电压矢量与一个零矢量,第二个逆变器每个控制周期作用两个非零电压矢量,从而形成了混合双矢量方法.实验结果表明,提出的混合双矢量MPCC方法能够有效地抑制零序电流的产生,并减小电流脉动,提高了系统的稳态性能.     

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。     

改进型永磁同步电机有限控制集模型预测速度控制

永磁同步电机传统有限集模型预测速度控制策略中电压矢量方向固定,可选矢量范围具有一定局限性,输出电压的突然变化,会导致电流纹波较大。因此,提出了一种基于电压细分的有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)直接速度控制策略。所提策略在FCS-MPC方案中引入了一组具有可调振幅和可移动原点特征的有限电压细分矢量作为候选电压,同时为了获得更准确的电流预测,使用了双线性变换(即Tustin变换)积分近似。该控制器能够预测未来电流和速度,并使用脉宽调制输出最佳细分电压。采用两电平三相逆变器驱动的永磁同步电机进行仿真验证结果表明,与传统的FCS-MPC方案相比,所提策略有效地减小了电流纹波,拓宽了电压矢量选择的范围,同时提高了电机鲁棒性。     

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。     

一种永磁同步电机的有限集无模型容错预测控制算法

针对传统有限集模型预测控制在电机发生参数摄动和永磁体失磁故障时模型失配导致系统性能下降的问题,提出一种用于永磁同步电机(PMSM)电流控制的有限集无模型容错预测控制方法.首先,考虑电机参数不确定性,依据永磁同步电机在参数摄动下的dq轴数学模型,建立基于系统输入和输出的永磁同步电机新型超局部模型.其次,基于新型超局部模型设计PMSM电流环的有限集无模型容错预测控制器,利用滑模观测器估计PMSM新型超局部模型中未知部分h.最后,与传统有限集模型预测控制方法进行实验结果对比,证明了所提方法对电机参数摄动和永磁体失磁故障具有容错性和鲁棒性.     

表贴式永磁同步电机有限集模型预测转矩控制成本函数研究

针对表贴式永磁同步电机模型预测转矩控制系统,提出了一种均衡磁链控制和转矩控制的权重系数设计方法,将磁链控制和转矩控制转换为相对误差率的成本函数,从而无需权重系数设计。仿真结果验证以上2种成本函数运行效果良好,但前者对电机参数依赖性较强。由于上述2种成本函数均不含磁链约束项,转矩动态下磁链出现较大的脉动。因此提出了一种含磁链控制约束的成本函数,仿真结果表明,可有效消除磁链脉动。同时,还设计了使用磁链约束项代替磁链控制项的成本函数,但仿真结果表明,虽也可有效消除磁链脉动,但控制效果不及前3种成本函数。     

基于多核并行计算的永磁同步电机有限集模型预测控制策略

有限集模型预测控制算法存在较长程序执行时间与较短控制周期之间的矛盾,算法执行效率低于传统线性控制算法,进而影响开关频率与控制精度的进一步提高.针对此问题,结合近几年微控制器在多核心领域的发展,以永磁同步电机为被控对象,提出一种基于多核并行计算的有限集模型预测控制策略.由于算法对数据、时序依赖度高,与微控制器中多核心独立运行特点相矛盾,为此,该文设计了双核、四核控制策略架构,并提出数据交换策略和动态标志位.通过搭建实验系统,对所提方法的动稳态性能、附加约束兼容性、程序执行时间进行分析对比,证明了所提方法能够在保持原算法控制性能和控制特点的基础上,有效降低算法执行时间.     

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。     

基于拓展矢量集的永磁同步电机模型预测控制

永磁同步电机传统的模型预测控制(MPC)在一个控制周期内只作用一个电压矢量,需要较高的采样频率才能获得较好的控制性能。针对此问题,提出了一种基于拓展矢量集的模型预测控制算法,该算法无需改变采样频率即可实现电机控制性能和开关损耗的动态调节。由于拓展矢量集电压矢量多,为了降低计算量,提出了一种基于相邻矢量的电压矢量优化策略,将控制集候选电压矢量个数限制在11个以内。仿真和试验结果表明,所提基于拓展矢量集的模型预测控制算法不但保留了传统有限集MPC算法的动态性能,且可以在不改变采样频率下,通过调节拓展矢量集的电压矢量数量,实现控制性能和开关损耗的动态调节。