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。     

准Z源逆变器驱动永磁同步电机的有限集模型预测控制

针对准Z源逆变器(qZSI)驱动永磁同步电机(PMSM)系统的特点,在两相静止坐标系下,提出一种有限集模型预测控制策略。由准Z源网络电容电压闭环与PMSM电磁功率前馈生成电感电流参考值,通过预测电感电流值并引入子代价函数来确定是否选择直通(ST)状态,以实现qZSI的升压控制。在非直通(NST)状态下,分别对8种开关状态下的PMSM定子电流进行预测,并与转速闭环控制生成的参考电流进行比较,选择最优的开关状态,以实现对PMSM的控制。仿真结果表明,所提控制策略可实现对qZSI的升压及PMSM转速的控制,系统具有良好的稳态及动态性能。     

计及电感参数变化的PMSM模型预测电流控制

针对基于单矢量占空比调节的永磁同步电机(PMSM)模型预测控制(MPC)中存在电流、转矩脉动大的问题,当电感参数变化时会造成计算基本电压矢量作用时间产生偏差,影响预测控制的性能。为此,提出一种基于电感参数校正的PMSM模型预测电流控制方法。该方法利用一个控制周期内的两个基本电压矢量合成幅值、相位均可调的电压矢量,通过在线计算电感参数,更新预测模型,得到更准确的基本电压矢量作用时间。仿真和实验结果表明,该方法能有效降低定子电流脉动,增强系统对电感参数变化的鲁棒性。     

表贴式永磁同步电机磁链和转矩无差拍控制系统

建立了基于定子磁链坐标系的表贴式永磁同步电机(SPMSM)下一时刻的磁链和转矩计算简化模型,验证了可以采用简化模型来计算下一时刻的磁链和转矩,从而降低无差拍控制计算复杂程度,提高系统实时性能,并得到实现磁链和转矩无差拍控制的理想输出电压矢量。采用模型预测控制(MPC)选择最接近理想电压矢量的基本电压矢量作为输出电压矢量。仿真验证了所提SPMSM磁链和转矩无差拍控制系统的可行性。为了进一步提高系统实时性能,提出2种无需MPC的基本电压矢量简化选择方法。仿真结果表明所提出的电压矢量简化选择方法控制效果与传统MPC非常接近,但省却了MPC计算,减小了系统计算负担。     

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。     

基于AFE变换器的改进模型预测控制策略

针对有源前端(AFE)变换器电流环采用有限集模型预测控制算法(FCS-MPC),存在数字控制器计算量大,输出的电流脉动大、系统性能差等问题,本文提出了一种改进模型预测控制策略。首先通过坐标变换构建α-β坐标下有源前端(AFE)变换器的预测模型,结合电压型空间矢量变换的原理,引入扇区矢量判断法,减少最优电压矢量选择的次数。最后根据选出来的电压矢量,在一个控制周期内同时施加有效电压矢量和零电压矢量并分配相应的作用时间。该方法不但保留了传统模型预测控制(MPC)算法的快速动态响应特性,而且改善系统的稳态性能。仿真和实验结果均验证了所提的方法正确性与有效性。     

准Z源逆变器的模型预测电流误差控制

为降低准Z源逆变器模型预测控制的控制误差,提出一种模型预测电流误差控制方法。首先,在充分分析电压矢量对被控量性能影响的基础上,合理地选择适合各被控量的电压矢量组合方式。然后,利用电流对称控制思想保证电感电流关于其参考指令对称。最后,采用电压矢量抵消原理使输出电流幅值逼近其目标值。实验结果表明,所提方法能够大幅降低电感电流脉动和输出电流谐波含量;证明了所提方法能有效提高准Z源逆变器的控制精度,简化了对权重系数的设计工作。     

两电平电压源逆变器双矢量调制模型预测控制:理论分析、实验验证和推广

近年来,模型预测控制(MPC)以其良好的自适应性、鲁棒性等优越性能广泛应用于两电平电压源逆变器中.然而,常规的模型预测控制每个控制周期只使用1个电压矢量,导致电流谐波较大.为抑制电流谐波,提出一种双矢量调制模预测控制策略.首先,在每个控制周期同时使用两个电压矢量来跟踪目标矢量,且每个电压矢量的作用时间根据调制模型预测控制原理计算;其次,根据无差拍控制原理计算参考电压,并根据参考电压位置在每个控制周期仅需要选择三组电压矢量组合进行在线评估,从而得到最优电压矢量组合.最后,通过详细的理论分析,验证了所提双矢量调制模型预测控制策略的有效性.此外,该文研究还表明,所提策略还可用于控制其他类型的逆变器,如三相四开关逆变器.同时,所提方法可以获得和常规双矢量法类似的控制性能,且具有计算量小等优点.理论分析和实验结果验证了所提方法的有效性.     

基于LCL滤波器充电桩电流模型预测控制研究

提出基于LCL滤波器充电桩的电流模型预测控制(MPC)策略。首先阐述有限控制集(FCS)MPC原理并分析充电桩数学模型,给出基于开关函数的电流MPC空间方程。接着,进行控制器设计和快速矢量选择方法设计,通过对电流模型预测参考值引入有源阻尼的修正量,抑制LCL滤波器带来的谐振问题。最后,经过仿真和实验验证,证明了所提方法的有效性。     

单相准Z源逆变器改进模型预测控制策略

传统模型预测控制(MPC)应用于准Z源逆变器(qZSI)中存在控制变量误差较大的问题,导致工频电流纹波增加,电能质量恶化。因此,此处提出一种基于电流电压纹波双前馈的改进MPC策略。首先分析系统在不同模态下的工作原理,构建离散状态模型;其次计算输出电流和电容电压在各状态下的纹波,通过双前馈迭代生成新参考值,并采用两步预测法对系统的执行滞后周期予以补偿,以增强电流和电压的控制效果;然后对代价函数综合排序,合理选择最优矢量,避免了权重系数的试凑,进一步增强变量之间的协同控制。最后,实验结果表明,系统具有良好的动、稳态性能,验证了改进策略可行、有效。     

异步电机无速度传感器模型预测控制

模型预测控制(model predictive control,MPC)是近年来在交流电机控制领域得到广泛关注的一种优化控制方法。对于两电平逆变器驱动的异步电机系统,传统MPC需要对定子磁链和定子电流进行7次预测得到使目标函数最小的最佳电压矢量,计算量较大,不利于在线实施。通过解析推导定子电流和定子磁链之间的关系,该文提出一种改进的MPC,只需对定子磁链进行预测,省却了计算相对复杂的定子电流预测,使算法复杂性和计算量得到显著降低。另外在MPC的基础上,为了提高系统的可靠性和降低硬件成本,采用速度自适应全阶观测器实现了无速度传感器运行。文中考虑了数字控制延迟对MPC的影响,并提出了补偿方法,采用预励磁的方法获得较大的启动转矩并减小启动电流。最后在两电平逆变器异步电机平台上进行仿真和实验,结果表明,该文提出的无速度传感器模型预测控制,在较宽的速度范围内都具有良好的动静态性能。     

永磁同步电机双模型预测转矩控制策略

永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)存在转矩脉动大和计算量较大的问题,通过分析PMSM定子电流与定子磁链的关系,提出了一种双MPTC方法。该方法通过电压矢量选择模型预测控制(MPC)来确定出合适的电压矢量,然后根据占空比优化MPC计算出电压矢量的作用时间。实验结果表明:与传统MPTC相比,双MPTC明显降低了转矩脉动,且减小了计算量。     

异步电机模型预测控制系统设计

传统的异步电机矢量控制系统采用双闭环PI控制策略,难以解决超调量和快速性的矛盾,并且控制参数多、参数整定困难。针对这一问题,提出了一种基于模型预测控制(MPC)的矢量控制系统。利用异步电机同步旋转坐标系下的数学模型,根据MPC原理设计了转速预测控制器,结合无差拍控制思想和有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)原理设计了电流预测控制器。转速预测控制获得q轴参考电流,电流预测控制实现d,q轴电流解耦控制并且直接输出开关信号,无需PWM调制环节。仿真结果表明,所提出的异步电机MPC控制策略具有良好的动、静态性能。     

无差拍优化T型三电平APF模型预测电流控制

为实现T型三电平有源电力滤波器(APF)的高性能电流跟踪控制及其鲁棒性,提出了一种无差拍优化有限集模型预测控制(FCS-MPC)算法,并设计了滤波电感在线观测器。首先,为降低滚动优化过程的运算量,提出了一种基于谐波电流无差拍预测的电压矢量控制集简化方法,减少了每个控制周期内迭代计算的次数。然后,为降低电感参数失配对FCS-MPC算法性能的影响,设计了一种电感观测器完成参数的在线修正。最后,通过仿真对所提算法完成验证。仿真结果表明,所提算法不仅保持了传统FCS-MPC优越的动静态响应性能,同时显著减少了数字实现的运算量,提升了参数失配时控制系统的鲁棒性。     

低转矩脉动和共模电压的永磁同步电机模型预测脉冲序列控制

文中以三相永磁同步电机(permanentmagnet synchronous machine,PMSM)为研究对象,以降低共模电压及转矩脉动为目的,提出一种模型预测脉冲序列控制(model predictivepulsepatterncontrol,MP~3C)算法。首先,通过电流预测和目标函数最小化得到初始矢量;然后,结合所选初始矢量及逆变器调制度,设计并选择对应的脉冲序列;最后,基于电流无差拍预测控制原则,求解待选序列中基本矢量的作用时间,确定最优序列并作用于逆变器。文中对传统两矢量模型预测控制(modelpredictivecontrol,MPC)、三矢量MPC、基于共模电压抑制的MPC及所提MP~3C4种算法进行实验对比研究。实验结果表明：所提算法能有效地抑制共模电压和转矩脉动,并简化了算法复杂度。     

开绕组永磁同步电机系统有限集模型预测控制研究

提出了一种用于开绕组永磁同步电机(OW-PMSM)的快速模型预测控制方法,与传统模型预测电流控制(MPCC)相比,在不影响性能的情况下减少了预测的次数和时间.为了提高OW-PMSM的转速响应和抗负载扰动性,提出了单环模型预测控制(MPC),将速度环MPC和电流环MPC组合一起同时进行模型预测控制.仿真结果表明所提出方法能够有效降低算法复杂度和改善系统控制性能.     

基于模型预测和谐振调节器的PMSM电流控制

为了提高永磁同步电机(PMSM)的控制性能,提出了一种基于模型预测控制(MPC)和谐振调节器的电流控制方法。首先,通过建立预测模型和滚动优化,设计PMSM电流预测控制器。然后,针对电流谐波造成的电机转矩脉动问题,在模型预测电流控制方法基础上引入了谐振调节器。实验结果表明,所提方法具有良好的电流动态性能和电流跟踪特性,且能有效地改善电流波形,减小转矩脉动。     

基于模型预测电流控制的六相永磁同步电机缺相容错控制研究

针对六相永磁同步电机一相绕组开路时,α-β子空间电压矢量分布不规则,传统的矢量控制和空间矢量脉宽调制方法将无法实现的情况,提出一种基于模型预测电流控制(MPC)的容错控制策略。对不同模型预测电流控制策略进行了比较研究,包括单矢量MPC、双矢量MPC和三矢量MPC等3种控制策略。在Matlab/Simulink中搭建了六相永磁同步电机缺相后的数学模型,并以相同的采样频率实现3种控制策略对六相电机缺相后的容错控制。通过仿真验证了所搭建数学模型的正确性和提出的容错控制算法的有效性,比较了3种控制策略的优缺点,其中三矢量MPC较为复杂但控制性能最佳。     

基于模型预测控制的开关电感准Z源逆变器研究

近年来,模型预测控制(MPC)因其良好的控制特性受到广泛关注。本文研究一种应用于开关电感型准Z源逆变器(SL-qZSI)的模型预测控制(MPC)算法。首先建立开关电感准Z源逆变器的状态变量及输出变量预测模型,基于该模型计算准Z源网络电感电流,电容电压和负载电流下一采样时刻的预测值。根据多变量控制目标,得到损失函数并令其最小,得到所对应的开关状态作为下一时刻的开关状态。仿真结果验证了所研究控制方法的正确性及有效性。     

储能双向直流变换器单目标定频MPC策略

针对飞跨电容双向升降压变换器(FCBBC)在储能系统中的应用,提出了基于单目标定频的模型预测控制(MPC)策略。所提控制策略仅需建立电感电流单目标约束函数,并联合飞跨电容电压动态方程,即可实现对电感电流及双端飞跨电容电压的控制。相比传统MPC算法,无需对两端飞跨电容电压进行独立寻优,使系统运算量降低了80%,且保持良好的动态性能。最后,通过搭建小功率实验平台对所提控制策略进行了有效验证。