永磁同步电机模糊自适应低开关频率模型预测 电流控制

在永磁同步电机有限集模型预测控制中没有脉宽调制环节,最优电压矢量直接作用于逆变器,开关频率高。为降低 开关频率,拟通过永磁同步电机模型预测电流控制系统的代价函数中,引入权重系数自适应调整的开关频率控制项。首先, 建立模型预测电流控制模型,分析运行工况及控制周期对开关频率的影响;其次,在代价函数中引入开关频率控制项,分析开 关频率控制项权重系数对开关频率和电机控制性能的影响规律;然后,基于模糊控制理论设计权重系数自适应调整的模型预 测电流控制系统,通过检测定子电流和参考电流的控制误差值作为模糊控制的输入量,开关项权重系数作为模糊输出量,实 现开关项权重系数的自适应调整。仿真结果表明,模糊自适应开关项权重系数控制方式相比于固定权重系数控制,在转速为 500 r/min时电流谐波增大0.36%时而开关频率降低1.5 kHz 左右,在2000 r/min时开关频率降低0.8 kHz 左右。     

感应电机无权重分配有限集模型预测控制设计

针对感应电机驱动系统采用有限集模型预测控制时权重系数整定复杂的问题,设计一种感应电机驱动系统的无权重分配优化有限集模型预测控制方案。新方案采用顺序级联预测控制形式,即对系统中的每个控制目标使用单独的成本函数优选开关状态,可在无权重系数设置的同时完成转矩和磁链预测控制。相对于传统方案,新有限集模型预测控制方案逻辑简单、易于实施,可规避与权重系数设置有关的所有问题。利用感应电机驱动系统测试平台开展了实验,实验结果验证了新方案可实现快速动态,控制性能较好。     

基于模糊在线调整权重因子的三相六开关容错逆变器驱动异步电机FCSMPTC

为了进一步提高异步电机的控制性能,减小磁链和电流脉动,针对传统异步电机有限控制集模型预测转矩控制(FCS-MPTC)中目标代价函数权重因子的配置问题,提出一种模糊在线调整权重因子的异步电机FCS-MPTC方法。通过判断转矩和磁链误差,采用Takagi-Sugeno模糊控制方法实现对权重因子的动态调整,并给出了模糊论域和相应的模糊规则设计。同时考虑到三相异步电机驱动系统中逆变器开关故障给控制系统带来的影响,采用三相六开关容错控制策略对系统进行容错控制。仿真结果表明:该控制方法能够平滑磁链和电流输出,减小电流谐波。     

电动汽车用PMSM模糊模型预测控制的研究

针对电动汽车用永磁同步电机要求高精度,快速响应及稳态性能好等要求,采用了模糊模型预测直接转矩控制的策略。将模糊逻辑控制技术引入模型预测控制中,动态地确定代价函数中权重系数的适当值。与传统的模型预测控制不同,在不同牵引操作环境下,该方法会自动调整代价函数中的权重系数,从而选择最佳开关状态。采用模糊自抗扰设计了速度控制器,实时补偿系统的扰动。仿真和实验结果表明,改进后的控制系统具有磁链转矩脉动小,抗干扰能力强,速度跟踪快,无超调等优点。     

一种优化的PMSM模型预测控制成本函数调整方法

为提高PMSM的电流控制精度,提出了一种优化的PMSM模型预测控制成本函数调整方法.基于传统成本函数引入定子电流幅值限制项以及开关状态限制项,对dq轴电流的控制进行优化,提高PMSM驱动系统电流控制的稳定性和精确性.仿真结果表明,所提方法相较于传统预测电流控制算法提高了电流控制精度,具备更快的动态响应速度和更强的抗负载...     

永磁同步电机模糊代价函数预测转矩控制

针对永磁同步电机有限集直接转矩模型预测代价函数中权重系数不易设计的问题,提出了模糊控制调节权重系数的新方法.传统代价函数中权重系数为固定数值时,根据电机的磁链、转矩和d-q轴电流的特点,得到电机磁链与id、转矩与iq变化的相关性.结合模糊控制理论,给出了转矩预测中转矩和磁链作为控制目标时,权重系数的设计规则.通过定子的...     

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%。     

无权重系数的三相八开关模型预测电流控制

针对三相八开关容错逆变器(ESTPI),提出一种能够抑制直流侧两电容电压不平衡同时无需调整权重系数的模型预测电流控制方法.首先,基于三电平中点钳位型逆变器,分析三相八开关逆变器的拓扑结构与数学模型、电容电压不平衡的原理及构建其数学模型;其次,利用已知的阻感负载数学模型预测电流,为使系统能够在容错控制后稳定运行,以抑制电压不平衡以及控制电流为目的,构建传统模型预测电流控制的代价函数;然后,为消去权重系数,分析与构建出无权重系数的代价函数,考虑实际应用,对系统进行延时补偿,在传统的模型预测电流控制与已分析得到的数学模型的基础上,搭建所提出方法的系统模型;最后,通过仿真验证所提算法的正确性与有效性.     

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。     

永磁同步电机模糊自整定自适应积分反步控制

为提高永磁同步电机伺服系统的动态响应性能,解决内部参数摄动和外部负载扰动对系统影响的问题,提出一种永磁同步电机模糊自整定自适应积分反步控制方法。将dq轴电流误差积分项引入自适应反步控制器控制律中,构成自适应电流误差积分反步控制器,实现对dq轴电流给定的精确跟踪,提高dq轴电流控制系统对内部参数摄动的鲁棒性。在此基础上,设计模糊推理模块,应用于自适应积分反步控制器,系统根据电机转速误差及其变化率自适应在线整定转速反馈增益及自适应增益,进一步提高系统的转速动态响应性能。实验结果验证了该控制方法的有效性和可行性。     

单相PWM整流器两矢量有限集模型预测电流控制

为解决传统有限集模型预测电流控制FCS-MPCC(finite-control-set model predictive current control)方法下开关频率不固定和网侧电流谐波大等问题,以单相PWM整流器为研究对象,研究了一种两矢量有限集模型预测电流控制TV-FCS-MPCC(two-vector-base...     

Improved Weighting Factor Selection for Predictive Torque Control of Induction Motor Drive Based on a Simple Additive Weighting Method

A predictive torque control (PTC) technique is emerging as an effective alternative for induction motor drives because of its simple structure, ability to include control parameters directly into the cost function, and fast dynamic response. To implement PTC for induction motor drive, both stator flux and torque errors are predicted for each switching state of the converter and the combined error is determined with the help of cost function using a suitable stator flux weighting factor. However, the selection of suitable weighting factor is a tedious and complex task. In this paper, a simple additive weighting method is introduced in the cost function optimization to simplify the weighting factor selection process. To observe the effectiveness of the proposed control algorithm, both simulation and experimental results are presented for a two-level voltage-source-inverter-fed induction motor drive and compared with conventional PTC under various operating conditions. The proposed control technique achieves low-torque ripple along with reduced switching frequency.     

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...     

基于多变量校正的MMC快速有限集模型预测控制策略

有限集模型预测控制方法(finite control set model predictive control, FCS-MPC)因其能够实现多目标的控制,在模块化多电平变换器(modular multilevel converter, MMC)中得到广泛应用。随着子模块数量增加,模型预测控制方法计算量呈指数增长,面临计算复杂度高、权重因子难以整定等问题。为了解决上述问题,提出了一种基于多变量校正控制集的MMC模型预测控制策略(multi-variate adjusting set predictive control, MAS-MPC)。该策略基于输出电流与桥臂电压差对子模块投入控制集进行快速校正,通过评估两个成本函数得到最优开关矢量。此外,提出了一种基于分化中项的电容电压平衡方案,可以有效降低排序算法的复杂度。为了验证所提策略的有效性,使用Matlab/Simulink软件平台搭建了10电平的三相MMC系统,并与传统方案进行比较。所提方案在降低输出电流与环流的谐波含量的同时,大幅减少了系统的计算量,使得系统具有更快速的动态响应速度。     

三相四开关容错逆变器的PMSM驱动系统FCS-MPC策略

针对三相四开关容错逆变器的永磁同步电机(PMSM)驱动系统,基于模型参考自适应(MRAS)观测器,提出一种有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)策略。考虑温度变化对永磁磁链影响,采用MRAS技术,实现了对永磁磁链的在线辨识;同时考虑降低逆变器开关频率的需求,设计开关频率可优化的FCS-MPC系统目标函数。与常规FCS-MPC方法比较,本方法可以有效减小系统控制过程的计算量,与此同时,本方法中的电流反馈特性可对四开关逆变器直流母线电容分压不平衡形成的不利影响实现自动抑制。仿真结果表明,本方法能够保证四开关容错逆变器驱动的PMSM系统持续稳定运行、具有良好运行性能,并能明显降低逆变器功率管的开关频率。     

基于Lyapunov控制的多约束模型预测控制方法

有限集模型预测控制最大优势在于目标函数增加约束灵活,但加权系数难以确定及多约束间的耦合效应导致的不稳定现象大大限制了其应用。针对这个问题,提出了基于Lyaponov控制的多约束模型预测控制方法,该方法首先通过Lyapunov控制实现对主约束输出电流的控制,再根据开关转换次数约束项的轻重自由设置加权系数,然后通过目标函数最小化实现多约束协同控制。仿真结果表明所提出方法实现了输出电流、开关转换次数的多约束模型预测协同控制,并对加权系数有良好的鲁棒性,在加权系数偏差高达10倍时输出电流THD仅为5.63%。     

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。     

单相级联准Z源逆变器有限集模型预测控制

以单相级联准Z源逆变器(quasi-Z-Source Cascaded Multilevel Inverter,qZS-CMI)为研究对象,以提高动态响应速度和降低开关频率为研究目标,提出一种优化有限集模型预测控制策略。首先,在分析不同工作状态对qZS-CMI状态变量的影响后,建立其离散时间模型。其次,以MPPT作为输入电流参考,根据所建立的离散时间模型,对准Z源网络的输入电流、输出电容电压、负载电流进行预测,并引入评价函数中,实现qZS-CMI系统的多变量综合协同控制。然后,将平均开关切换次数引入评价函数,优化系统的开关损耗。通过所提模型预测控制方法,无需输出电流控制环和直流侧电压控制环,降低了控制参数的调节难度,提高了系统的动态响应速度。最后,通过建立仿真模型验证了所提算法的有效性和正确性。