永磁同步电机直接转矩控制与模型预测转矩控制比较研究

对永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)系统和基于定子磁链坐标系的模型预测转矩控制(MPTC)系统的控制性能、平均开关频率、参数鲁棒性等进行比较。DTC系统结构简单,平均开关频率较低,但磁链和转矩脉动大于MPTC。MPTC性能较好,但计算复杂,实时性较差。同时,两者均存在参数失配鲁棒性较差和开关频率不恒定的共性问题。针对开关频率不恒定的问题,提出一种开关频率固定的PMSM MPTC方法,可将每个采样周期开关切换次数固定为2次。仿真结果表明：该方法可使开关频率固定为采样频率的1/3,且将备选开关状态减少为3个。     

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。     

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...     

计及开关频率优化的永磁同步电机模型预测转矩控制

为减小逆变器开关频率对永磁同步电机(PMSM)性能的影响,提出了一种计及开关频率优化的PMSM模型预测转矩控制(MPTC)方法。建立了电磁转矩及定子磁链数学模型,并在此基础上设计了MPTC全速域价值函数。在全速域价值函数中加入了逆变器开关频率的限制条件,以实现恒转矩区内最大转矩电流比、恒功率区内弱磁调速并计及开关频率最优化的控制效果。仿真结果证明了所提方案不仅具有较高的动态响应性能,而且有效降低了逆变器的开关频率。     

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。     

一种改进型永磁同步电机模型预测电流控制方法

传统永磁同步电机（PMSM）模型预测电流控制（MPCC）的稳态控制性能与开关频率之间存在矛盾问题,因此在传统MPCC的基础上,提出了一种改进措施。通过将一个电压矢量的电流预测轨迹推广到两个控制周期,并采用不同时刻的电流预测值构建新的成本函数,来评估两个周期内的最优电压矢量,使相邻周期最优电压矢量尽量相同,从而降低逆变器的开关频率。仿真结果表明,相比于传统MPCC,所提方法在相同的控制频率下,可以有效降低开关频率。此外,在开关频率近似相等的情况下,所提方法可以有效改善电流控制性能。     

模糊占空比调制永磁同步电机模型预测转矩控制

传统模型预测转矩控制(MPTC)电压矢量作用于整个采样周期,会造成较大的磁链和转矩脉动。因此,提出模糊占空比调制永磁同步电机MPTC,采用MPTC选择施加的电压矢量,采用模糊控制确定电压矢量占空比。仿真表明模糊占空比调制MPTC系统运行良好。与传统MPTC、磁链和转矩无差拍模型预测控制以及磁链和转矩无差拍控制占空比调制相比,模糊占空比调制MPTC可减小稳态转矩脉动均方根误差（RMSE）、磁链脉动RMSE均值及定子电流总谐波失真（THD）。由于降低了磁链和转矩脉动,MPTC更多地选择零电压矢量,因此虽然采用占空比调制,平均开关频率反而有所减小。     

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MTPA的永磁同步电机模型预测转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)高凸极率的结构特点,提出了一种基于最大转矩电流比(MTPA)的永磁同步电机模型预测转矩控制方法。首先结合数字处理系统的离散化特点,建立了PMSM调速系统的离散预测模型;重点分析了系统多个优化目标的实现机理,其中包括:开关状态限制、电磁转矩控制、MTPA优化以及最大电流限制;进而指出通过构建合适的目标函数,即可实现多项优化目标的综合最优。样机实验结果表明,所提方法在保留模型预测控制(MPC)高动态响应特性的基础上,可以有效地实现PMSM调速系统多个优化目标的综合最优。     

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。     

表贴式永磁同步电机模型预测转矩控制系统预测模型研究

不同的磁链和转矩预测模型使得表贴式永磁同步电机(SPMSM)模型预测转矩控制(MPTC)系统的性能有所差异。因此建立了基于转子磁链坐标系、定子磁链坐标系和静止坐标系的SPMSM MPTC系统,并进行仿真验证和对比分析。仿真结果为SPMSM MPTC的预测模型的选择提供参考。     

基于有限集电流预测控制的永磁同步电机转矩脉动抑制

永磁同步电机(PMSM)磁场定向控制策略鲁棒性差、动态响应速度慢,一般需要复杂的PID参数整定方法,并且很难在较大的速度范围内通过固定的一组PI参数获得较优的静动态性能。为了解决上述难题,提出一种有限控制集电流预测策略用于PMSM的电流环控制,该方法直接处理离散开关状态集合而无需复杂的空间矢量调制过程,利用快速转矩响应通过电流偏差构造价值函数对电机负载切换时转矩脉动进行优化。对控制延时进行补偿减小电流谐波畸变降低稳态转矩脉动。仿真结果表明:与传统的磁场定向控制方法相比,所提方法具有更好的静动态性能,且在低速、高速时该方法均可以有效的减小定子电流波动,抑制了电机的转矩脉动。     

大功率永磁同步电机的模型预测电流控制

针对大功率永磁同步驱动系统开关损耗大的问题,提出了一种基于三电平逆变器的模型预测电流控制方法。基于电机数学模型,电流控制器根据电流给定和反馈值计算得到电压矢量。通过空间矢量脉宽调制模块将电压矢量转换为开关信号,合理选择输出电压矢量和开关顺序,对输出电压矢量进行优化,以此减少开关损耗。仿真和实验结果表明,与传统矢量控制相比,大功率永磁同步驱动的模型电流预测控制算法使得开关频率减少30%,同时提高了系统电流环的动态性能和稳态精度。     

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。     

基于最大转矩电流比控制的永磁同步电机模型预测控制

由于永磁同步电机(PMSM)具有诸多优点,提出了一种基于最大转矩电流比(MTPA)控制的永磁同步电机模型预测控制方法,使磁阻转矩利用率最大化。利用离散化的数字处理技术,深入研究了多个优化目标的典型问题,其中包括:开关状态约束、MTPA优化、最大电流限制及延时补偿策略等。MATLAB/Simulink仿真数据证明:该控制系统实现了MTPA控制并且动态响应过程十分迅速,而且显著提升了PMSM模型预测控制系统的工作效率,对电机参数产生的波动显示出较强的鲁棒性。     

基于占空比调制的永磁同步电机直接转矩控制

针对传统直接转矩控制方法转矩和定子磁链脉动大、开关频率不恒定等问题,本文在详细分析转矩脉动和定子磁链脉动数学模型的基础上,提出了一种基于占空比调制的模型预测直接转矩控制策略.该策略根据转矩和定子磁链的综合误差确定所选电压矢量的占空比,根据不同的控制目标,占空比的计算方法可分为最终值法、平均值法和有效值法,每种方法均给出了精确的数学模型并进行了对比分析.同时考虑到实际应用中控制延迟的问题,引入了模型预测控制方法对系统变量进行预测,提前一个采样周期计算出所需施加的电压矢量及其占空比.仿真结果表明,基于占空比调制的模型预测直接转矩控制可以有效地抑制转矩脉动和定子磁链脉动,且逆变器开关频率恒定,同时降低系统采样频率.     

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...     

基于GPIO的永磁同步电机模型预测转矩控制

在永磁同步电机模型预测转矩控制(model predictive torque control,MPTC)中,由于目标函数控制变量的量纲不同,为了在代价函数中选取最优的权重系数,提出一种改进高斯变异鸽群算法(Gaussian mutation pigeon-inspired optimization algorithm, GPIO)实现权重系数自整定。首先,基于代价函数最小化原则设计PIO的目标函数,用电流id、iq脉动误差均方根评价权重系数。其次,在传统高斯变异算子的基础上引入自适应调整动态参数实现变异。仿真和实验结果表明,将改进后的算法应用于永磁同步电机模型预测转矩系统,能在较少的迭代次数内整定出最优的权重系数,极大地降低了转矩误差和电流谐波畸变率。     

永磁同步电机双矢量无权重模型预测转矩控制

传统占空比预测转矩控制的目标函数包含一个权重系数,权重系数的选取繁琐且耗时。为了消除权重系数并提高稳态性能,提出一种双矢量无权重预测转矩控制方法。该方法将转矩误差和磁链误差转换到α,β坐标系下,构建以备选矢量到转矩误差直线和磁链误差圆的距离之和的目标函数,以消除权重系数。引入占空比控制,进一步减小转矩和磁链脉动。仿真与实验结果表明,该方法具有良好的控制性能。