双向准Z源逆变器驱动永磁同步电机的快速有限集模型预测控制

双向准Z源逆变器驱动永磁同步电机(PMSM)系统在兼具Z源逆变器和PMSM优点的同时,还可实现能量的双向流动。针对双向准Z源逆变器驱动PMSM系统的特点,提出一种快速矢量选择有限集模型预测电流控制(FCS\|MPCC)策略。由双向准Z源网络直流链电压闭环与PMSM电磁功率前馈生成电感电流参考值,由电机转速闭环生成电机电流参考值。通过预测直通(ST)及非直通(NST)状态下的电感电流值并引入电感电流子代价函数以确定是否选择ST状态,进而实现对直流链电压的控制。在NST状态下,结合空间电压矢量脉宽调制策略,仅使目标电压矢量所在扇区的4个矢量参与PMSM定子电流预测和代价函数计算,以选择最优的开关状态,在实现对PMSM转速控制的同时减小在线计算量。仿真结果表明,所提控制策略可实现对双向准Z源逆变器的升压及PMSM牵引或制动工况下的转速控制,系统具有良好的稳态及动态性能。     

Z源/准Z源逆变器在光伏并网系统中的电容电压恒压控制策略

Z源逆变器(ZSI)/准Z源逆变器(qZSI)利用独特的阻抗源网络和直通调制手段,可在单级系统中同时实现升/降压和直流-交流逆变的功能,适用于具有较大输入电压变化的光伏并网发电系统。本文以具有连续电流输入的电压源型准Z源逆变器为例,分析了基于ZSI/qZSI的光伏并网系统工作原理;针对ZSI/qZSI特殊的直通占空比与逆变调制系数制约关系,推导出ZSI/qZSI正常工作条件下的电容电压范围,提出ZSI/qZSI光伏并网系统的电容电压恒压控制策略。该控制策略将最大功率点跟踪(功率控制)和光伏系统入网电流控制(电能质量控制)解耦,简化了控制器设计,实现了ZSI/qZSI光伏并网系统的闭环控制和最大功率点跟踪,同时可确保在同等输出输入电压比的情况下开关器件电压应力最小。     

O-Z源逆变器驱动PMSM的改进型FCS-MPC策略

针对O-Z源逆变器驱动永磁同步电机(PMSM)控制系统，在两相旋转坐标系下，提出一种改进型的有限状态控制集模型预测电流控制(FCS-MPC)策略。首先，结合变压器特点和ZSI拓扑结构，设计一种新型O-Z源逆变器(O-ZSI),并利用状态空间平均法建立O-ZSI的动态数学模型；其次，根据O-ZSI侧电容电压闭环以及PMSM系统输出功率前补偿来获得变压器激磁电感电流参考值，其与激磁电感预测电流值构建代价目标函数用来判断是否选取直通(ST)工作状态模式，以实现对O-ZSI直流侧的升压控制；然后，在O-ZSI处于非直通(NST)工作状态模式下，通过PMSM系统的定子电流预测方程来获得O-ZSI交流侧定子电压参考值，并与逆变器的8种开关状态所对应基本定子电压构建含有激磁电感电流项的代价目标函数，选择最佳开关状态来控制PMSM,从而提高PMSM系统的控制性能以及降低在线运算量；最后，仿真结果表明，本文所提控制策略不仅能实现对O-Z源逆变器的升压，而且能使O-ZSI驱动PMSM可靠稳定运行，同时系统具有良好稳态、动态性能。     

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。     

升压单元高增益准Z源逆变器

与准Z源逆变器相比,开关电感准Z源逆变器具有更高的升压性能,但在新能源发电领域,光伏或燃料电池的输出电压变化范围大,现有的开关电感准Z源逆变器依然存在实际升压能力不高的缺点,在开关电感准Z源逆变器基础上,将开关电感单元中的一个二极管用电容来代替,形成新的升压单元,提出了一种基于新的升压单元的高增益准Z源逆变器。与开关电感准Z源逆变器相比,高增益准Z源逆变器减小了一个二极管的导通压降,可获得更高的增益,并保持了输入电流的连续、输入电压源与逆变桥侧共地的优点。在相同的输入输出条件下,高增益准Z源逆变器减小了桥臂直通时间,降低了系统直通时产生的导通损耗,提高了效率。在实验室中制作了开关电感准Z源逆变器和高增益准Z源逆变器两台原理样机,实验结果验证了理论的正确性。     

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。     

一种新型半准Z源逆变器在风力发电变流系统中的应用

针对传统Z源风力发电变流系统机侧定子电流畸变严重,Z源网络电感电流纹波大的缺点,该文提出一种半准Z源逆变器(half quasi-Z-source inverter,H-q ZSI),并将其应用于直驱永磁风力发电系统。阐述H-q ZSI电感电流连续时的工作原理,得出升压因子与直通占空比的关系。当H-q ZSI处于直通状态时,加在各输入电感上的电流仅由相电压瞬时值决定,改善机侧电流与机侧电压的非线性关系,从而降低发电机定子电流谐波。通过分析准Z源逆变器和H-q ZSI输入电感电流纹波的产生机理,得出相同系统参数下,与准Z源逆变器相比,H-q ZSI的输入电感电流纹波有效减小。最后通过仿真与实验验证理论分析的正确性。     

一种倍压开关电容型Quasi-Z源逆变器

为弥补传统准Z源逆变器升压能力弱,电容和开关管电压应力较高,直流源输出电流断续,纹波较大,强升压能力与输出优质波形冲突等缺点,提出了一种倍压开关电容型Quasi-Z源逆变器拓扑。该拓扑是在传统准Z源逆变器的基础上通过增加一个开关电容网络、一个升压电感和一个续流二极管并经优化设计而成。通过采用简单升压调制策略控制开关管通断,实现三相桥臂直通使阻抗源进行储能,进而完成单级升压逆变的过程。该结构较传统Z源逆变器拥有成倍的升压能力,且在直通占空比较低的情况下升压能力依然具有较明显的优势,同时具有电容电压应力低,直流源输出电流连续等优点。通过仿真和实验验证了其准确性与优越性。     

开关耦合电感准Z源逆变器

基于开关耦合电感准Z源逆变器拓扑的一种高升压能力逆变器,是在准Z源逆变器的基础上提出的。与开关耦合电感Z源逆变器相比,在相同的输入输出条件下,开关耦合电感准Z源逆变器具有的优点包括:输入电流连续,逆变桥和输入电压源共地,无源器件体积重量减小,以及电容电压应力降低等。本文分析了这种新拓扑的稳态工作原理,升压特性,控制策略和器件的电压应力等,最后用实验结果验证了SCI-qZSI的实际性能。     

光伏并网用新型开关电感准Z源逆变器的研究

针对传统开关电感准Z源拓扑升压能力不足,无法适用于新能源领域的问题,提出了一种改进型开关电感准Z源拓扑,在传统拓扑中增加了一个开关器件和一个二极管。采取3次谐波注入控制策略,在相同的低直通占空比下,即可有效提升直流链电压增益;同时拓宽了调制度范围,确保了输出电压质量;拓扑结构的优化降低了元件电压应力,减小了电感电流纹波。通过理论分析,仿真对比与实验验证了新型拓扑的优越性。     

高速永磁同步电机无速度传感器矢量控制研究

针对普通无速度传感器矢量控制算法无法满足永磁同步电机(PMSM)高速运行问题,设计了一种基于模型参考自适应系统(MRAS)的矢量控制方案。该方案由I/F控制器和MRAS控制器组成。低转速采用I/F控制器控制电机转速,高转速采用MRAS控制电机转速,特殊处理后使切换过程中电流平滑过渡,以达到高低转速均可正常运行的目的。以磁悬浮PMSM作为驱动对象,电机转子联接风机实现带载。试验结果表明,与传统的无传感器矢量控制相比,所提出的控制方案更有效地驱动PMSM,满足高速运行工况。     

基于虚拟电感的PMSM无位置传感器混合控制策略

为实现永磁同步电机全速域无位置传感器控制,常采用低速I-F开环控制和高速反电势模型法相结合的混合控制策略。但这两种方法建立在不同的坐标系,存在着控制结构上的差异,在方案切换时易引起系统振荡。针对此问题,提出了一种基于虚拟电感的平滑切换策略。首先,在反电势模型中引入虚拟电感来人为改变转子位置估计值;再以I-F方案的坐标系为参考模型,反电动势模型为可调模型,运用Popov超稳定理论设计出恰当的虚拟电感使可调模型收敛于参考模型,从而确保两种方案在切换前建立在同一坐标系上,以实现高低速方案平滑、稳定地切换。最后通过仿真和实验验证了所提方案的可行性。     

滑模控制PMSM无速度传感器矢量控制系统

为了实现永磁同步电机(PMSM)无速度传感器控制,提出了一种基于MARS的速度辨识方案.将PMSM的电流模型作为参考模型,估算的定子磁链模型作为可调模型,设计了自适应律来对转速进行辨识.同时,提出一种在同步旋转坐标系下的滑模变结构速度调节策略,以取代传统的PI调节器,因此对参数摄动和不确定因素有很强的鲁棒性.仿真和实验结果表明,所提出的速度调节策略和辨识方案使矢量控制系统具有较强的鲁棒性和较好的动、静态性能.     

基于前馈补偿的钻机系统永磁电机预测控制

将永磁同步电机(PMSM)作为石油钻机系统的驱动设备时,针对快速响应和强鲁棒性的控制要求以及复杂工况下的外部扰动问题,提出了基于前馈补偿的石油钻机系统PMSM预测控制策略。在该方法中,对电机转速环采用以电机数学模型为基础的预测控制,以实现PMSM的快速响应和提高鲁棒性,并引入扩展状态观测器进行扰动前馈补偿。仿真结果表明:与电机转速PI控制和动态矩阵控制相比,该控制策略响应速度更快,超调量小,在负载干扰下转速波动小且能更快地恢复至稳定值。     

基于新型积分自适应滑模控制策略的永磁同步电机控制

设计了一种永磁同步电机(PMSM)参数扰动和负载扰动的新型控制策略。通常PMSM控制是通过PI控制设计的,控制效果不佳,因此提出一种新型积分滑模控制(SMC)策略进行转速控制器设计。积分SMC具有较强的抗干扰性,不仅可以抑制控制系统的高频微分扰动,而且可以降低系统稳态误差,使控制更精确。设计趋近律函数对滑模控制器进行优化,使SMC参数自适应调节,提高系统响应速度。考虑到系统参数和负载扰动对控制性能的影响,将自抗扰环节引入SMC,提高了系统的抗扰性。最后通过仿真试验验证了控制系统良好的控制性能。     

基于无差拍电流预测控制的PMSM电感失配研究

永磁同步电机（PMSM）双闭环调速控制系统中,作为内环的电流环直接制约着控制系统的动态响应性能。无差拍电流预测控制(DPCC)具有算法简单、动态响应快等优势,但DPCC需要精准的电机模型,参数不匹配会引起电流静差和畸变,尤其是电感失配,甚至会导致控制系统不稳定。为解决上述问题,提出改进型DPCC算法。首先,推导了传统DPCC的离散传递函数,分析了其参数敏感性影响。其次,改进DPCC算法,改善其电感参数敏感性,有效扩展电感适用范围,减小电流畸变。最后,通过MATLAB/Simulink仿真和试验验证了在电感失配下改进型DPCC的有效性。     

基于参数辨识的永磁同步电机无位置传感器控制

针对电机运行过程中参数变化会影响永磁同步电机(PMSM)无位置传感器控制性能的问题,将递推的最小二乘法(RLS)用于PMSM参数的在线辨识,在最大转矩电流比控制策略下,使用基于BP神经网络改进的模型参考自适应系统构建无位置传感器控制方案,提出了基于在线参数辨识的PMSM无位置传感器控制方案。运用递推的RLS对PMSM的交轴电感和转子磁链进行在线辨识,并将参数辨识结果应用于电机无位置传感器算法中。仿真和试验证明了基于递推的RLS参数辨识算法可以对PMSM的转子磁链和交轴电感值进行准确辨识,基于参数辨识的PMSM无位置传感器控制方案性能更好。     

基于模糊控制的永磁同步电机直接转矩控制

设计了基于模糊控制的永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)系统,采用模糊控制器取代了传统DTC系统中的磁链和转矩滞环比较器及开关表。仿真结果表明:模糊控制PMSM DTC系统运行良好,可实现四象限运行,与传统开关表相比,可有效减小转矩脉动和平均开关频率。研究了转矩误差论域和零电压矢量对模糊控制性能的影响,并基于转矩角对电压矢量作用的影响规律,提出了考虑转矩角的PMSM模糊直接转矩控制。仿真结果表明:在转矩角较大时,考虑转矩角的PMSM模糊DTC系统可有效减小转矩和磁链脉动,改善控制性能。     

基于DSP永磁同步电机模糊PI控制系统研究

提出了一种基于DSP的永磁同步电机(PMSM)的模糊PI复合控制方法。在PMSM双闭环控制系统中，电流环采用矢量控制，速度环采用模糊PI控制。文中给出了控制系统结构及软硬件设计方案。实验结果表明，这种新型的模糊PI复合控制方法响应快、鲁棒性强，具有很好的动、静态特性。