永磁同步电机模型预测转矩控制客观评价法综述

由于永磁同步电机模型预测转矩控制的控制目标量纲不同,其成本函数需加权求和,但权重系数的设计与调节较为困难。将模糊决策法、VIKOR法、TOPSIS法、变异系数赋权法和熵值赋权法等客观评价法应用于永磁同步电机模型预测转矩控制以解决上述问题。对于仅考虑磁链和转矩控制的永磁同步电机模型预测转矩控制,上述方法均是可行的,无需权重系数,但在一定程度上增加了计算负担。不同策略的控制性能存在一定的差异,但整体基本相当。由综合性能对比可知,TOPSIS法的控制性能相对最优。     

基于模糊控制的动态权重系数表贴式永磁同步电机模型预测转矩控制系统

传统永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)未考虑减小开关次数,造成平均开关频率较高。通过将减小开关次数作为表贴式永磁同步电机(SPMSM)MPTC的控制目标之一,设计了开关次数权重系数,提出了一种基于模糊控制的动态权重系数MPTC方法。分析了电机转矩的不同对成本函数开关次数权重系数作用效果的影响,引入模糊控制,根据系统状态信息实时调节成本函数开关次数的权重系数。仿真结果表明,与开关次数权重系数固定的成本函数相比,所提方法进一步降低了平均开关频率,同时抑制了系统转矩脉动与磁链脉动。     

基于状态转移约束的永磁同步电机模型预测控制策略

针对车用永磁同步电机传统模型预测控制方法存在转矩波动和转速波动较大,从而影响汽车乘坐舒适性的问题,提出 了一种新型的考虑永磁同步电机开关切换状态转移概率的改进型模型预测控制方法。 通过永磁同步电机工作中开关切换状态 的历史数据计算状态转移概率矩阵。 在获得转移概率的基础上,根据当前的开关状态和状态转移矩阵得到状态转移约束误差。 接着在模型预测控制算法中制定包含状态转移约束误差项的代价函数,通过代价函数对下一时刻的开关状态进行在线寻优以 获得最优的控制变量。 并基于 MATLAB 平台对该改进型模型预测控制策略进行仿真分析,仿真结果表明,改进型模型预测控 制策略具有更好的转矩和转速响应特性,从而表明基于状态转移的模型预测控制方法能够用于车用永磁同步电机的控制中,并 且对于改善汽车的乘坐舒适性具有重要意义。     

永磁同步电机标幺化无权重系数模型预测转矩控制

针对永磁同步电机模型预测转矩控制权重系数设计和调节的问题,采用标幺化成本函数将控制目标转换为无量纲的变量,从而消除权重系数,仿真验证其有效性。研究指出标幺化成本函数统一控制目标的变化范围,仅适用于所有控制目标重要性基本相同的领域,并且计算量大,算法实时性降低。     

基于排序法的表贴式永磁同步电机模型预测转矩控制

为避免传统成本函数中权重系数的设计和调节,采用排序法实现表贴式永磁同步电机(SPMSM)模型预测转矩控制(MPTC),将不同量纲的控制变量转化为无量纲的排序得分,从而消除权重系数,并设计优先级解决排序法中的最优电压矢量不唯一的问题,分析了不同优先级方案对系统控制性能的影响。仿真验证基于排序法SPMSM MPTC的可行性。     

永磁同步电机模型预测直接转矩控制

针对传统直接转矩控制方法转矩和定子磁链脉动大的问题,提出基于性能指标评估函数的永磁同步电机模型预测直接转矩控制,在dq旋转坐标系下建立内埋式永磁同步电机预测模型,阐述模型预测控制方法具体实施过程,提出可实现不同控制目标的权重系数可调的性能指标评估函数,并以评估结果为依据选取最优电压矢量,同时与传统直接转矩控制进行详细比较。实验结果表明,所提出的模型预测直接转矩控制优于传统直接转矩控制,可以有效地抑制转矩和定子磁链脉动,同时降低逆变器开关频率,减小开关损耗,并可以通过调节权重系数控制电机运行状态,验证了该方法的可行性和有效性。     

一种改进的永磁同步电机模型预测控制

利用传统的模型预测控制算法确定下一时刻所要应用的开关状态时,需遍历变换器的全部开关状态,计算量较大,不利于在线应用。对此,提出了一种改进的永磁同步电机模型预测控制算法,通过求出期望的电压矢量角,确定电压矢量所在扇区,进而减少算法对开关状态的选择数量,使算法的计算量得到显著降低。实验结果说明,采用所提改进模型预测控制算法,系统具有较好的电流动态特性和较小的纹波电流。     

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。     

三相六开关容错逆变器驱动PMSM的预测转矩控制

为提高电动汽车用永磁同步电机驱动系统性能,设计了新型的三相六开关容错逆变器拓扑结构,以达到降低驱动系统故障发生率的目的;针对所用到的模型预测转矩控制策略,提出了新型的目标函数构造方法,避免了权重系数的整定,对传统模型预测控制策略中的电压矢量选择方法进行了改进与优化,以达到降低整体控制算法计算量,增加算法实用性的目的,仿真结果表明,采用新型的三相六开关容错逆变器驱动的PMSM的MPTC改进优化策略具有较强的故障容错能力,有良好的动静态性能。     

永磁同步电机模型预测磁链控制

针对永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)成本函数中权重系数设计繁琐问题,提出一种模型预测磁链控制(MPFC),能够消除成本函数中的权重系数。首先,根据永磁同步电机数学方程建立转矩、磁链及负载角之间数学模型;然后,推导转矩和磁链幅值与定子磁链矢量之间解析关系,将对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,从而省略了权重系数的设计过程;最后,在永磁同步电机试验平台上进行算法验证,并与MPTC进行详细对比,结果表明所提出的MPFC能够有效抑制转矩脉动和定子磁链脉动,具有与MPTC最优控制时相当的动静态性能,算法运算量显著降低,验证了所提方法的可行性和有效性。     

永磁同步电机模糊自适应变开关次数权重系数模型预测转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)传统模型预测转矩控制(MPTC)中逆变器开关频率较高的问题,提出将减小开关次数也作为成本函数控制目标之一,构建包括定子磁链控制、转矩控制和开关次数控制在内的多目标成本函数,通过搜索法确定了开关次数权重系数.提出自适应变权重系数控制策略:系统动态下,将开关次数权重系数设置为零,静态下,使用固定...     

永磁同步电机改进型鲁棒模型预测转矩控制

针对永磁同步电机传统模型预测转矩控制策略存在脉动大、抗干扰能力差、权重因子需要反复调试等缺点,提出了一种基于自抗扰控制器的改进型鲁棒模型预测转矩控制策略。首先,通过设计转速环自抗扰控制器,并引入一种连续且平滑的新型fal函数,进一步提高了自抗扰控制的控制性能。然后,设计了一种无权重系数的价值函数,优化系统控制性能的同时简化了设计过程,解决了权重因子调试的问题。最后,采用两步预测降低延时对控制系统的影响,提高了控制精度。仿真和实验结果表明,提出的改进型鲁棒模型预测转矩控制策略有效降低了系统脉动,提高了系统的控制性能和参数鲁棒性。     

基于弱磁升速的永磁同步电机模型预测控制

针对永磁同步电机在弱磁过程中容易产生转矩脉动的问题,在弱磁控制的基础上设计了有限集模型预测控制.有限集模型预测(Finite Control Set Model Predictive Torque Control,FCS-MPC)控制算法的实现需要利用整流器有限开关的状态特点,和电机的数学模型来预测系统的未来状态.同时,构造系统的目标函数,采用遍历法,在线进行寻优选出系统的最优开关状态.最后将目标函数选择的最优开关信号作为控制信号,以使系统稳定性更好.仿真和实验结果表明,所提出的控制策略使永磁同步电机的转矩脉动小、鲁棒性更好。     

基于备选矢量优化的永磁同步电机系统快速预测位置控制

针对永磁同步电机系统位置预测控制的传统价值函数中位置、转速、电流权重系数难以调整,且存在遍历法下控制电压矢量选择计算效率低的问题,提出一种基于备选矢量优化的有限控制集快速预测位置控制策略。首先预测带有电流、转速和位置信息的参考电压矢量,之后转化价值函数到电压量纲以省去权重系数,并将最大电流、转速限制项统一到电压量纲来实现对电流和转速的限制;之后通过求取参考电压矢量的位置进行备选矢量的优化选择,将备选电压矢量个数由8个缩减到3个,减少计算次数。最后,通过实验研究证明所提出的控制策略具有较好的动态响应速度和运动控制精度,且无需权重系数调整、计算次数节省约45%。     

一种永磁同步电机失磁故障容错预测控制算法

针对永磁同步电机失磁故障导致牵引系统带负载能力降低的问题,提出一种基于磁链在线检测容错预测控制算法。首先,根据永磁同步电机预测控制模型,详细分析了永磁体发生失磁故障对电流控制和电机运行状态的影响。其次,设计了基于滑模变结构的观测器,利用滑模变结构等值控制原理,建立了实时估计永磁体磁链算式。通过永磁体磁链算式,进而计算状态电流观测值。最后,提出了容错预测控制算法。该算法将状态电流观测值作为反馈量输入到容错预测控制器中,以使响应电流准确跟踪给定电流,从而达到容错控制的目的。通过仿真及实验验证,证明了所提算法的可行性和有效性。     

应用自动微分的永磁同步电机预测控制

模型预测控制(MPC)是一种有效的控制方法,但由于其计算量较大,难以在永磁同步电机(PMSM)控制中应用。为了研究MPC在PMSM中的应用方法,提出了一种基于自动微分(AD)理论的永磁同步电机电流环模型预测控制算法。采用AD理论,对PMSM的数学模型在d-q坐标系下进行泰勒级数展开,建立了比传统查表或差分法更为精准的数学模型。通过计算PMSM泰勒级数灵敏度,将预测控制问题转化为无约束条件下的二阶最优问题,实现了模型预测控制。仿真结果表明,利用AD理论的PMSM电流环预测控制算法可以将系统状态量精确控制在允许范围内,并且减小了每步的平均运算时间。     

基于Laguerre模型的永磁同步电机电流预测控制

提出了一种基于Laguerre模型的自适应预测控制方法。对控制算法的数学模型进行分析与优化,将该控制算法量化后,成功地应用于以DSP TMS280F2812为核心的永磁同步电机的控制平台上,并将预测控制与传统PI控制的结果进行了对比。试验结果表明,所提出的预测控制算法使永磁同步电机具有更好的动态响应特性和稳态特性。     

永磁同步电机多步模型预测电流控制成本函数优化计算研究

针对表贴式永磁同步电机(PMSM)多步模型预测电流控制过程中运算量大的问题,提出一种成本函数优化计算的多步模型预测控制。成本函数优化计算采用事件触发机制,通过设置成本函数阈值动态精简多步预测的运算量。仿真结果表明：成本函数优化计算的多步模型预测电流控制性能良好,与传统方法完全等价,控制效果相当。基于STM32H743单片机平台,优化方法和传统方法单控制周期执行时间。试验结果表明：对于多步预测,优化算法可减少单控制周期执行时间,两步预测减小至77.71%,三步预测减小至53.95%,四步预测减小至39.76%,五步预测减少至33.48%,在控制性能与传统方法相当的条件下,提高系统实时性能。     

基于MMC的电机驱动新型控制方法

针对电机在低频工况下出现的电容电压波动、桥臂环流等问题,提出了一种无权重系数的模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter ,MMC)驱动模型预测控制策略。在假设子模块(Submodule,SM)电容电压均衡的前提下,建立相电流目标函数并求取最优解,通过引入补偿电平数,实现对环流的优化控制。同时为改善传统排序均压控制算法速度较慢的不足,优化了现有SM电容均压控制策略,引入保持因子,并依据理想情况下MMC的电容电压规律,进行归并排序,保证了MMC中各SM电容电压的均衡。通过仿真验证了所提方法能有效实现对电机的控制。     

低共模干扰的永磁同步电机驱动系统模型预测控制

为了解决永磁同步电机驱动系统中传导共模干扰问题,本文提出一种降低系统共模电压的主动抑制方案。在传统的模型预测控制方法基础上提出一种新型改进方法,该方法避免使用零矢量,并且从系统延时和开关频率方面做了相应的优化措施。针对系统延时引起的控制性能下降现象,采用了延时补偿策略以改善传统模型预测控制的预测精度。设计了优化的矢量选择方法,仅允许特定的电压矢量参与代价函数的计算与比较,可以降低控制器的运算负担,同时也避免了因任意开关状态之间的切换造成的开关频率增加。时域及频域的仿真结果表明,该方法能有效降低永磁同步电机系统中三相逆变器输出侧的共模电压,实现开关频率和定子电流纹波的减小。