永磁同步电机预测控制参数畸变影响分析

当永磁同步电机(PMSM)预测控制系统在高温等复杂环境中工作时,受电机齿槽效应、边端效应、饱和效应以及外部干扰的影响,电机参数如定子电阻、d轴电感、q轴电感、永磁体磁链常会发生畸变。针对上述问题,建立了PMSM的有限控制集模型预测电流控制(FCS-MPCC)模型,对不同参数畸变的影响进行分析,计算给出由畸变导致的d、q轴预测电流偏差。对参数畸变范围进行分区设置并依次施加在模型中。在不同畸变程度下,实验分析不同参数畸变对PMSM动、静态性能的影响,包括d、q轴电流、预测电流偏差、电磁转矩以及转速。     

具有参数鲁棒性的三相电压源型并网逆变器模型预测电流控制

传统模型预测电流控制十分依赖精确的数学模型,然而建模存在的误差会使模型参数失配。针对模型参数失配引起的控制器鲁棒性较差问题,提出了具有参数鲁棒性的模型预测电流控制算法。通过对模型预测电流控制的工作机理进行分析,论述了电感失配对控制器的影响;根据实际电流变化量与预测电流变化量的关系建立电感观测器并划分观测区域,使预测模型具有强鲁棒性。在两电平三相电压型并网逆变器系统上对所提算法进行仿真与实验,在模型参数失配时,控制器可通过电感观测器准确跟踪实际电感值并修正模型,从而有效降低并网电流的总谐波含量,仿真和实验结果验证了该算法的可行性与有效性。     

三相并网逆变器模型电流预测控制技术

针对三相并网逆变器的特点,在dq旋转坐标系下,提出了一种模型电流预测控制方法。在每一个采样周期,根据预测模型,对三相并网逆变器的8个电压矢量进行在线评估,使价值函数最小的电压矢量在下一个采样周期应用,实现了对d轴和q轴给定电流的快速跟踪。同时采用电网电压定向的矢量控制策略,实现d轴电流和q轴电流解耦控制,使d轴电流控制并网逆变器的有功功率,q轴电流控制并网逆变器的无功功率。实验结果表明:采用模型电流预测控制的三相并网逆变器有很好的静、动态特性。从而验证了该方案的可行性和正确性。     

考虑边端效应的双边直线永磁游标电机 模型预测电流控制

提出一种考虑双边直线永磁游标(DSLVPM)电机边端效应的两矢量模型预测电流控制。有限控制集模型预测控制在电机驱动领域具有许多优点,但传统实现方式的矢量选择范围较小。两矢量模型预测控制在一个控制周期内同时作用两个任意电压矢量,扩大电压矢量选择范围,可以提高电流控制性能。由于直线电机存在边端效应,绕组互感的差异造成等效d、q轴电感随着电机位置而波动,并且参数失配会造成模型预测控制性能下降。针对这一问题,使用遗忘因子递归最小二乘算法在线辨识电机的等效d、q轴电感,补偿边端效应的影响,从而进一步改善两矢量模型预测电流控制的性能。基于dSPACE快速控制原型系统构建了DSLVPM电机的实验平台,并通过实验验证了该文所提算法的有效性。     

考虑磁路饱和的内置式永磁同步电机电感参数旋转辨识算法

实现对永磁同步电机调速系统高性能控制的基础是准确的数学模型和电机参数,其中电感参数对电机的稳态和动态运行性能影响较大,而对于内置式永磁同步电机而言电感除了受凸极结构影响之外,还受磁路饱和等因素的影响。考虑到定子电流引起的磁路饱和效应与交叉耦合效应对电感的影响,基于矢量控制技术分别提出了d轴和q轴电感旋转辨识新算法,即d轴复合电流激励法和转矩调整法。为了提高电感辨识准确度,还采用基于电压误差曲线的补偿算法对逆变器非线性因素引起的输出电压误差进行了补偿。最后在电机控制实验平台上通过实验验证了提出的电感辨识算法的可行性和有效性。     

一种永磁同步电动机混合式电流控制策略

为了改善矢量控制永磁同步电动机(PMSM)的d、q轴定子电流动态性能,介绍了一种应用于小电感永磁同步电动机的时间最优控制与PI混合式(TOC-PI)电流控制策略。基于时间最优控制(TOC)理论,推导出控制d、q轴电流的最优开关曲线;基于该曲线及电流误差获取d、q轴电压,从而使得d、q轴电流以最短时间到达给定值;利用模糊开关在TOC和PI控制间切换,以减小TOC控制稳态电流脉动。仿真及实验结果证明了这种控制方法比PI控制具有更好的动态性能,同时也改善了TOC控制的稳态性能。     

永磁同步电机电流预测控制算法

在同步旋转轴系下,提出了一种基于无差拍算法的永磁同步电机离散化电流预测控制方法,来提高电机电流环的性能。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。引入了鲁棒电流预测算法,来减小预测模型参数误差对系统稳定性的影响。仿真和实验结果表明,与传统矢量控制相比,永磁同步电机电流预测控制算法有效地提高了伺服系统电流环的动态性能和稳态精度。     

逆变器有限集模型预测控制参数不匹配补偿方法研究

预测模型参数不匹配会产生预测误差,造成有限集模型预测控制性能显著下降.以单相逆变器为模型预测控制对象,研究有限集模型预测控制误差补偿问题.通过推导预测模型电感、电阻参数不匹配与预测电流误差之间的定量关系,分析逆变器电感、电阻参数不匹配对预测输出电流的影响机理.针对模型参数不匹配问题,提出基于递推最小二乘法在线参数辨识的补偿方法,以及考虑参数不匹配和控制延时的协同误差补偿控制方法.所提误差补偿方法不仅能补偿电感误差,还能同时补偿电阻参数误差.实验结果表明:所提补偿方法能有效地降低预测电流误差、电流谐波,能快速准确地在线辨识实际模型参数,提升逆变器控制效果,具有实现简单、补偿效果好的优点.     

基于模型参考自适应参数辨识的永磁同步电机电流预测控制

在永磁同步电机运行过程中,电机参数时变使得电流预测控制器的模型参数和实际电机参数不匹配,导致其控制性能下降。提出了基于模型参考自适应系统(MRAS)的改进电流预测控制方法,利用旋转坐标系下d、q轴电流方程作为参考模型,基于Popov超稳定理论构建永磁同步电机的电感和磁链在线辨识系统,将得到的辨识参数应用于电流预测控制模型中,实现控制模型参数的在线更新。分析与仿真结果表明该方法能够有效地提升在电机参数变化下的电流预测控制性能。     

单相PWM整流器混合坐标模型预测控制算法

在此针对单相系统电气量为标量,无法直接构造旋转矢量,及模型预测算法误差问题,提出混合坐标系下单相整流器模型预测控制算法.首先建立单相整流器数学模型,并虚拟出网侧电压和电流静止坐标系α,β轴分量同时部分变换至旋转坐标系d,q轴下,构建混合坐标模型预测模型,接着引入价值函数优化控制率.同时引入插值余项对模型误差进行补偿.与传统算法相比,所提算法无需进行比例积分(PI)参数调节,动态响应速度更快,网侧电流谐波含量更低.最后通过仿真和实验,对比传统d-q解耦控制和所提混合坐标模型预测控制(HCMPC)算法验证所提算法的优势.     

低速下无刷力矩电机电流环设计

针对自主导航系统中电机低速平稳的要求,分析了低速条件下相电压的影响因素和旋转坐标系dq轴下的电机数学模型,提出了dq轴的电压电流传递函数,并根据硬件电路系统对电流环回路进行分析,进而提出电流环在d轴和q轴下的传递函数模型,为使电流环具有动态快速响应和较小电流跟踪误差,设计了各自的调节器。Matlab仿真和实验结果表明,d轴、q轴各自的调节器能够达到快速稳定的性能指标,并且稳态误差较小,证明了该方法的正确性。     

三相电压型PWM整流器定频模型预测控制

针对模型预测控制(model predictive control,MPC)采样频率较高、开关频率不确定等问题,提出了一种三相电压型脉宽调制整流器(voltage source PWM rectifier,VSR)定频模型预测控制(model predictive control with fixed switching frequency,FSF-MPC)。分析了三相VSR各电压矢量在六个扇区内对d、q轴电流瞬时变化的影响,基于电流预测模型,在固定时间间隔内以满足电流误差最小为原则计算各电压矢量作用时间。采用空间矢量调制原理获得功率器件的开关状态,实现模型预测控制的定频控制。1 kW样机的仿真与实验结果表明,与不定频模型预测控制相比,所提FSF-MPC控制算法开关频率恒定,且无需较高的采样频率,可有效降低纹波电流和电流失真,提高三相VSR系统的运行性能。     

考虑磁路饱和的IPMSM电感辨识算法及变参数MTPA控制策略

内置式永磁同步电机(IPMSM)d、q轴电感会随着磁路饱和程度的不同而发生改变,这会降低最大转矩电流比(MTPA)控制的有效性。考虑到定子电流引起的磁路饱和及交叉饱和效应的影响,提出了相应的d、q轴电感辨识算法和变参数MTPA控制策略。采用基于旋转高频电压注入的d、q轴电感辨识算法可在其他电机参数未知的前提下得到不同负载条件下的d、q轴电感;变参数MTPA控制策略能够充分利用标幺值化处理的优势,在转矩-最优电流控制表不变的基础上,只需根据实际d、q轴电感更新电流基值和转矩基值便可克服电感变化带来的不利影响,并实现一定转矩条件下的最佳MTPA控制。最后在电机控制实验平台上通过实验对提出的电感辨识算法和变参数MTPA控制策略的可行性和有效性进行了验证。     

基于单次电流采样的永磁同步电机无模型预测电流控制

传统的模型预测控制根据当前电流采样和电机数学模型来预测下一时刻的定子电流,对两电平逆变器需要进行7次预测才能得到使定子电流误差最小的电压矢量。其主要不足是对系统模型和电机参数的依赖性较强而且计算量大。本文在分析永磁同步电机电流预测模型的基础上,得到一种只需一次预测和比较即可选出最佳矢量的快速预测电流控制。进一步对其进行简化得到了一种不依赖于电机模型和参数的无模型预测电流控制。该方法在一个控制周期内仅需对定子电流进行单次采样,具有计算量小、鲁棒性好等优点并且动静态性能良好。本文从参数敏感性、稳态和动态性能等方面对快速预测电流控制和无模型预测电流控制进行了对比,仿真和实验结果验证了所提方法的有效性和正确性。     

改进型永磁同步电机双矢量模型预测电流控制

针对传统永磁同步电机占空比模型预测电流控制稳态效果差、动态性能不足等问题,提出了一种改进型双矢量模型电流预测控制策略,将无差拍控制目标由q轴电流的参考值替换为当前采样时刻测量值,消除了传统占空比控制中的电流偏差项,以便于工程实现。改进的控制策略可以大大降低控制器计算负担,有效降低转矩脉动,提高系统的动稳态性能。仿真结果验证了所提控制算法的可行性与有效性。     

电流型PWM整流器稳态偏差校正模型预测控制

针对三相脉宽调制(PWM)电流型整流器(CSR),提出一种基于稳态偏差校正的模型预测控制(MPC)算法。该算法首先建立了CSR在d,q,O坐标系的状态空间方程,然后将系统工作变量分解成稳态工作变量和偏差工作变量两部分,获得系统在稳态工作点的状态空间方程和偏差工作变量的状态空间方程。求解稳态方程,得到稳态工作点的稳态控制量;对偏差方程建立预测模型,优化求解性能指标函数得到偏差控制变量,并将其作为稳态控制量的补偿。通过仿真和实验对算法的有效性进行验证,结果表明,该算法具有优良的稳态控制性能和动态响应特性。     

基于扩张状态观测器的PMSM三电平无模型预测控制

针对传统永磁同步电机三电平控制策略由于参数变化导致系统性能下降的问题,提出一种基于扩张状态观测器的无模型预测电流控制方法来增强系统的鲁棒性。首先,建立系统超局部模型实现未来电流状态的预测,其中不涉及任何电机参数,解决了参数变化影响系统性能的问题;接着,针对系统总扰动,设计d、q轴扩张状态观测器估计超局部模型中的非线性部分;然后,通过价值函数筛选出最优电压矢量,并利用小矢量的冗余特性实现中点电位平衡控制;最后,在DSP实验平台上进行传统三电平模型预测电流控制、无模型预测电流控制及所提出方法的对比实验,实验结果表明所提出方法具有较好的动稳态性能并且有效提高了三电平驱动系统的抗扰动能力。     

基于参数辨识的医用梯度电源模型的预测电流控制策略

为提高医用梯度电源输出电流动态响应速度,减小稳态误差,提出一种基于变遗忘因子参数辨识的模型预测电流控制策略。根据输出电流与参考值误差大小在线调节变遗忘因子,结合变遗忘因子最小二乘法参数辨识实现医用梯度电源负载的精准在线辨识,提高了辨识的跟踪速度和稳态精度。利用辨识的负载参数结合模型预测控制,建立输出电流的精确预测模型,实现输出电流的超前预测。实验验证了对比传统的PI控制,提出的控制策略具有更快的输出电流动态响应速度,更小的静态误差。     

一种感应电机预测控制的电流静差消除方法

感应电机电流预测控制可以有效避免由电流环中各个滞后环节所导致的控制性能恶化,提高电流控制的动态性能。但由于测量误差以及参数变化等原因,预测控制器所使用的感应电机模型参数与实际电机参数很有可能存在偏差,进而引起电流静差,导致系统效率降低,无法输出额定转矩及无法工作在转矩控制模式等问题。在感应电机模型基础上,定量分析了预测控制模型参数误差对电流控制稳定性的影响,并推导出电流指令与实际反馈电流的静差与模型参数误差两者之间的定量关系,进而提出一种电流静差消除方法。这种方法通过d、q轴反馈电流对预测控制模型参数进行校正,来消除控制器电机模型参数误差所引起的静差。最后通过实验验证了此种方法的可靠性和有效性。     

两电机转矩同步系统有限集模型预测控制

首先分析了基于转矩跟随结构的两电机转矩同步控制系统,针对传统结构中同步误差开环控制的问题,通过推导同步误差变化率的影响因素,提出了一种基于统一预测模型的两电机转矩同步有限集模型预测控制策略。通过对两电机同步系统进行统一建模,将电机之间的q轴电流同步误差作为统一预测模型的一个状态变量,从预测控制的角度对同步误差实现闭环控制,使同步误差参与逆变器开关状态选择。最后,实验证明了所提控制策略能够实现系统的转矩同步控制。