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。     

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。     

不同代价函数下永磁同步电机模型预测控制参数失配可视化分析

针对电机模型参数失配进行分析,该文提出一种可视化分析方法,分别研究了电阻、电感和磁链等参数失配对模型预测控制的影响。首先,结合无差拍控制原理计算得到满足控制要求的参考电压矢量;其次,分析电阻、电感和磁链等参数失配时参考电压矢量空间位置的变化,并利用Matlab算法对参数失配下参考电压矢量相应的最优电压矢量进行可视化表达;最后,通过最优电压矢量区域的不同变化得到不同参数失配对模型预测控制的影响。所提可视化分析方法不仅可以分析多种模型参数失配对控制系统的复杂影响,而且可以得到参数失配对不同代价函数下永磁同步电机模型预测控制最优电压矢量选择的影响和区别,为实现模型预测误差补偿控制提供坚实的理论依据。StarSim硬件在环实验研究验证了所提方法的可行性和有效性。     

神经网络在永磁同步电机模型预测控制参数寻优中的应用

提出了一种使用神经网络来实现永磁同步电机模型预测控制参数寻优的方法.首先,使用不同参数组合进行多次仿真,并提取逆变器平均开关频率、总谐波畸变等系统关键性能指标数据.然后,用获取的数据训练神经网络、训练好的神经网络可以作为仿真模型的替代,根据任意参数组合的输入,快速、精确地估计系统相应的性能指标.针对3种不同用户定义的适...     

永磁同步电机控制参数设计方法

磁场定向控制(FOC)由于其良好的解耦性、较小的转矩脉动和容易实现等优点,成为最广泛使用的永磁同步电机控制方法。电流环参数设计是磁场定向控制的关键。本文通过对电流环进行分析,采用传递函数分析的方法,在考虑交叉耦合的条件下推导控制参数与电流控制性能的关系,给出控制参数的优化选取原则。     

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.     

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。     

永磁同步电机FCS-MPC和CCS-MPC对比研究

模型预测控制因优良的动态性能在交流电机传动领域得到广泛应用,针对两种典型的模型预测控制——有限集模型预测控制和连续集模型预测控制,通过原理和仿真进行对比分析,以获得它们在稳态性、动态性、鲁棒性方面的差别。首先建立永磁同步电机数学模型,其次详细分析两种控制算法的原理,最后通过Matlab/Simulink对它们的性能进一步对比分析。从仿真结果看出,连续集模型预测控制的稳态性、鲁棒性均优于有限集模型预测控制,但动态特性逊于有限集模型预测控制。两种控制算法都存在各自的优点,并具有良好的发展前景。     

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...     

矢量集优化的永磁同步电机转矩预测控制

传统三相永磁同步电机有限状态集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control,FCS-MPC)采用枚举法遍历所有基本电压矢量,选择最优电压矢量,用以预测下一时刻的转矩和磁链,运算量较大,限制了其实时性。针对以上问题,提出一种优化的模型预测转矩控制算法,该算法由磁链和转矩误差估算期望电压矢量,基于期望电压矢量的位置选择候选电压矢量,减少候选电压矢量的数量,从而提高了算法的实时性,并在Matlab环境下对所提优化算法进行了仿真实验。实验结果表明,该算法与传统FCS-MPC算法相比,系统具有良好控制性能的,同时将运算时间减少了42%,便于工程实现。     

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.     

永磁同步电机速度预测电流解耦控制

在高性能永磁同步电机(PMSM)控制系统中,要求有好的动、静态性能。但是传统的永磁同步电机矢量控制系统速度和电流环采用PI调节器,参数鲁棒性差,在调速范围要求很宽的情况下,无法同时满足响应速度快和稳态精度高的要求。为了获得好的动、静态性能,引入预测控制到速度控制外环,而电流内环采用在传统PI控制基础上增加电压前馈补偿的电流解耦控制。搭建了实验平台,进行了实验研究,验证了设计的控制系统具有动态响应快、静态误差小、受负载扰动影响小的特点。     

永磁同步电机无磁链电流预测控制

针对永磁同步电机PWM电流预测控制对电机模型参数的依赖性问题,研究了基于增量式模型的永磁同步电机无磁链电流预测控制方法。对传统PWM电流预测控制的稳定性以及参数摄动造成的电流静差进行了理论分析,表明参数摄动会对系统稳定性造成影响,造成电流控制静差。建立基于增量式状态方程的永磁同步电机模型,基于该模型设计无磁链电流预测控制器,保证控制器能够在无磁链参数参与的情况下运行,增强系统对磁链参数摄动的鲁棒性。选择适当的评价函数获取最优控制电压增量数学表达式。实验结果验证了新型控制策略的可行性。     

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。