永磁同步电机三矢量低开关频率模型预测控制研究

针对工作在低载波比条件下的永磁同步电机驱动控制系统电流环性能恶化的问题,首先分析永磁同步电机单矢量模型预测控制的原理,并由此扩展得到永磁同步电机三矢量模型预测控制策略。进一步利用模型预测控制可以处理多个控制目标和系统约束的特点,将降低变换器开关频率考虑进控制策略中,提出三矢量低开关频率模型预测控制策略。所提控制策略在有效降低变换器开关频率的同时,可获得比传统矢量控制电流环更好的静态性能和相同的动态性能。最后,通过仿真和实验对基于传统矢量控制策略和该文所提控制策略的永磁同步电机驱动系统进行了相应的对比仿真分析和实验,证明了该文所提控制策略相对传统矢量控制策略的优越性,验证了其可行性和正确性。     

一种永磁同步电机可视化双矢量调制模型预测控制方法

针对常规永磁同步电机单矢量模型预测控制存在电流谐波较大的问题,采用了一种永磁同步电机双矢量调制模型预测控制方法,以降低电流谐波。首先,定义了一个与常规单矢量模型预测控制相同的目标函数;然后,根据逆变器8个基本电压矢量构建了12个虚拟电压矢量,在计算电压矢量作用时间时,假设每个电压矢量的作用时间与其对应的目标函数值成反比;最后,为了降低计算量,使用了一种改进的电压矢量预选方法,但该双矢量调制模型预测控制方法仍缺乏严格的理论基础。因此提出一种可视化方法来详细证明了所述双矢量调制模型预测控制的有效性,从而为调制模型预测控制及其推广应用提供了坚实的理论基础。所提可视化分析方法还可以扩展到三矢量模型预测控制中。详细的对比实验结果验证了所述控制方法的有效性以及所提可视化分析的正确性。     

高速低载波比下永磁同步电机预测电流控制

永磁同步电机系统预测电流控制具有动态响应快、易于数字实现等优点,但是当永磁同步电机速度较高时,受限于逆变器开关频率、采样时间、算法执行时间等约束限制,此时的控制频率与电机工作频率比值(即载波比)较低,传统方法中常用的由前向欧拉法推导的离散模型存在较大的模型误差,导致电流控制器难以控制d、q轴电流,使其跟随给定值。为此,提出一种适用于低载波比下的预测电流控制方法,其由考虑转子位置变化的离散模型和电流补偿方案组成。其中,考虑转子位置变化的离散模型相比于前向欧拉近似得到的离散模型,前者在低载波比下的模型误差较小,具有明显的优势;电流补偿方案加强了控制器抗模型误差和参数失配的鲁棒性。所提预测电流方法可以实现低载波比下的电流控制,实验结果验证了所提方法的可行性及有效性。     

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。     

双三相永磁同步电机虚拟电压矢量模型预测控制

本文针对相移30°双三相永磁同步电机模型预测控制计算时间长以及x-y子平面电流对定子电流与电机运行效率的影响,提出了虚拟电压矢量模型预测控制。以x-y子平面电压矢量等于零为条件,采用α-β子平面中大电压矢量和中大电压矢量构建虚拟电压矢量用于预测控制,以简化预测模型和迭代次数。并对比分析了常规的双三相永磁同步电机模型预测控制,通过仿真验证了虚拟电压矢量模型预测控制,具有很好的动态和跟随性能,对抑制x-y平面电流,也具有很好的效果。     

混合励磁轴向磁场磁通切换永磁电机多矢量模型预测电流控制EI北大核心CSCD

混合励磁轴向磁场磁通切换永磁(hybridexcitation axial field flux-switching permanent magnet,HEAFFSPM)电机是一种具有高效率、高功率密度、宽调速的新型永磁同步电机。该文针对该类混合励磁轴向磁场永磁电机的电励磁磁场与电枢磁场矢量耦合、参数非线性等问题,提出一种多矢量模型预测电流控制策略。详细分析电励磁磁场与电枢磁场耦合机理,构建HEAFFSPM电机离散数学模型。在此基础上,基于三矢量电流模型预测方法,提出电枢电压矢量与励磁电压矢量合成方法。在每个采样周期内,将多个基本电压矢量合成为两个幅值和方向均可调的虚拟电压矢量,实现对交、直轴电流与励磁电流的无差拍控制,有效缓解了电枢与励磁独立控制下磁场耦合导致的驱动系统运行性能恶化、电流畸变等问题,提高了HEAFFSPM电机控制系统的控制精度和响应速度。最后,通过实验验证所提出的多矢量模型预测电流控制策略的有效性。     

永磁同步电机模型预测电流控制比较研究

对永磁同步电机的3种模型预测电流控制方案进行了比较研究。传统模型预测电流控制策略在单个采样周期中输出一个电压矢量,选择使价值函数最小的电压矢量输出。双矢量模型预测电流控制策略在单个采样周期中输出2个电压矢量,并分别计算2个电压矢量的作用时间,使输出电压矢量与期望电压矢量更加接近。三矢量模型预测电流控制策略在单个采样周期中输出2个有效电压矢量和一个零矢量,扩大备选电压矢量的覆盖范围,减小电流脉动。为了比较3种控制策略的动、静态性能,进行了对比仿真分析。仿真结果表明,多矢量模型预测电流控制具有良好的动静态性能,与传统模型预测电流控制相比,能有效地减小电流脉动。     

基于三矢量模型预测电流控制的共模电压抑制策略

针对永磁同步电机(PMSM)驱动系统中存在的共模电压高、电流脉动大的问题,提出将无零矢量调制(NSPWM)方法与三矢量模型预测电流控制算法结合进行控制。已有的单矢量模型共模电压抑制策略电压矢量方向固定,可选矢量范围有限,电流脉动仍较大。而三矢量模型预测电流控制共模电压抑制策略基于NSPWM在每个扇区利用3个非零矢量合成目标电压矢量,矢量范围覆盖广。结合无差拍电流控制,在实现共模电压抑制的同时,还能减小电流脉动,提高系统动态响应。通过仿真和试验验证了所提控制策略的有效性。     

新能源汽车永磁同步电机最大转矩电流比控制

考虑到目前新能源汽车使用的永磁同步电机最大转矩电流比控制方法存在受参数影响较大的问题,提出了一种基于高频信号注入的永磁同步电机最大转矩电流比控制新方法.首先,介绍了常规的最大转矩电流比控制方法及其存在的问题.其次,详细介绍了高频信号注入的最大转矩电流比控制方法的基本原理和实现方法,包括带通滤波器和低通滤波器的设计方法等.最后,基于Matlab/Simulink仿真软件建立了仿真模型,并对所提方法进行了验证.此外,进一步进行了硬件平台实验,其实验结果也验证了所提方法的正确性,能够为新能源汽车永磁同步电机及相近使用场合的电机控制和应用提供参考.     

基于扩展卡尔曼滤波的永磁同步电机无电流传感器预测控制

针对永磁同步电机(PMSM)因过电压、过电流及误操作等容易造成电流传感器故障,影响PMSM的控制精度的问题,提出一种基于扩展卡尔曼滤波的PMSM无电流传感器预测控制算法。对于PMSM,通常需要两个电流传感器来采集定子电流信息,所提方法通过扩展卡尔曼滤波估计定子电流代替电流传感器。通过基于扩展卡尔曼滤波的PMSM无电流传感器预测控制算法与常规有电流传感器在线变速和变载仿真对比得到,所提方法具有和有电流传感器相同的控制性能。参数鲁棒性仿真表明,所提方法具有较强的参数鲁棒性,能够满足实际控制需要。     

快速矢量选择的三矢量PWM整流器模型预测低频控制

传统有限矢量集的模型预测控制(finite control set model predictive control，FCS-MPC)存在计算量大、开关频率不固定以及采样频率低时控制精度差的问题。针对这一问题，为两电平三相整流器提出一种快速矢量选择的三矢量模型预测低频控制。以无差拍控制原则得到了整流器的电压参考矢量，简化了预测过程；由功率跟踪控制的指标函数推导得到电压跟踪控制的指标函数；最后，根据扇区确定控制周期作用的2个有效矢量和零矢量，由电压跟踪控制函数得到了3个矢量的作用时间。通过仿真验证可知，与传统FCS-MPC相比，所提方法能够快速选择电压矢量，实现开关频率的固定，减小功率脉动并降低开关频率。     

NPC型三电平逆变器可视化三矢量无模型预测控制策略

为了解决传统模型预测控制参数鲁棒性差、输出电流纹波大的不足,提出了一种应用于三相三电平逆变器的可视化三矢量无模型预测控制策略。该方法首先利用滑模观测器估计系统集总参数,采用无差拍控制获得参考电压矢量。该过程无需任何系统参数,提高了控制策略的参数鲁棒性。其次,在每个采样周期内施加由冗余矢量构成的三矢量组合,减少了输出电流纹波并实现了电容电压平衡。在此基础上,提出了一种新的可视化分析方法,从理论上证明了所提出的简化三矢量寻优的有效性。实验结果表明,在模型参数失配的情况下,所提策略可使NPC三电平逆变器的并网电流拥有较低的电流总谐波失真率,增强了模型预测控制的参数鲁棒性。     

改进的低损耗并网逆变器双矢量模型预测电流控制方法

针对传统单矢量模型预测控制负载电流谐波含量大和多矢量模型预测控制开关频率高、功率损耗大的问题,在给出传统双矢量并网逆变器模型预测电流控制方法的基础上,提出改进的低损耗并网逆变器双矢量模型预测电流控制方法。该方法结合无差拍控制思想计算目标参考电压矢量,以电压矢量为目标函数,并通过优化电压矢量选择,减少了控制算法计算量,降低了负载电流谐波含量、逆变器开关频率和功率损耗,从而提高了并网逆变器的运行效率。通过仿真和实验对比研究了传统单矢量法、传统双矢量法和所提方法的控制效果,并验证了所提方法的有效性。     

基于参考电流斜率的永磁同步电机三矢量模型预测电流控制

永磁同步电机（PMSM）传统模型预测电流控制（MPCC）策略由于输出电压矢量幅值及相位无法调节,导致其稳态性能较差。提出了一种基于参考电流斜率的三矢量模型预测电流控制策略。该方法将参考电流斜率与基本电压矢量电流斜率进行比较,无需使用价值函数遍历所有的电压矢量,即可选择出两个有效电压矢量,并与零电压矢量以一定的占空比组合,合成输出的电压矢量能够覆盖一定范围内的任意幅值、任意相角,且该策略相较于传统模型控制显著减少了系统整体计算量。仿真结果表明,相较于传统模型预测电流控制策略,所提控制策略可有效减小电流脉动,提高系统的稳态性能。     

基于霍尔位置传感器的PMSM转速观测器状态估算误差抑制方法

霍尔位置传感器成本低,同时能够提供相对精确的位置信息,但其存在位置信息分辨率低、转速测算连续性差及滞后严重等缺点。龙伯格全阶转速观测器是一种闭环调节器,有效地利用了电机系统模型,能够为矢量控制提供较好的转速和角度反馈信号。但在数字控制系统的应用中,受霍尔信号采样周期远大于控制周期的影响,常规观测器的参数和结构设计方法在实际应用中仍无法得到理想的观测结果。该文在分析转速观测器在实际应用中存在问题的基础上,通过结合降阶观测器和多采样理论,提出了一种可有效从低分辨率霍尔位置信号中估算转速、转角的方法。多采样降阶观测器在最大程度上利用了霍尔信号的真实信息,在每个数字控制周期内都能产生转速和转角的估计值,具有理想的估算效果。通过仿真和实验验证了所提方法的有效性,控制效果能够很好地满足中低端伺服应用需求。     

改进的三相并网VSI电流预测控制策略研究

改进了电压源逆变器(VSI)传统电压电流双环控制策略,电网电压前馈补偿电网谐波干扰,双定时器实现多重采样,软件预算与滤波减小采样误差和系统控制非线性延迟。在一台6 kW光伏并网逆变器上进行了实验,实验结果证明了该预测控制算法提高了输出电流质量,多重采样缩短了控制延迟,控制器性能优越。     

基于模糊动态代价函数的永磁同步电机有限控制集模型预测电流控制

提出一种基于模糊动态代价函数的有限控制集模型预测电流控制方法。分析了dq轴电流及开关次数三个控制目标权重分配不同对电流控制性能的影响,针对传统有限控制集模型预测电流控制中代价函数的dq轴电流项无针对性优化的状况,通过判断转速偏差及转速变化率,应用模糊算法对权重系数进行多目标动态优化分配,并给出模糊论域和相应的模糊推理规则设计。该方法提高了动态过程中系统电流响应速度,优化了逆变器开关频率,改善了不同权重系数下系统动态性能和稳态裕度相互制约的状况。仿真和实验结果均证明了所提方法的有效性。