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。     

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,使用固定的稳态开关次数权重系数,并同时采用搜索法确定稳态开关次数权重系数。进一步提出模糊自适应变权重系数控制策略,可根据电机运行状态,采用模糊控制动态输出更合理的稳态开关次数权重系数。仿真结果表明:考虑开关次数控制的成本函数能有效减小平均开关频率。与固定权重系数的成本函数相比,自适应变权重系数的成本函数可在相同平均开关频率下降低磁链和转矩脉动。模糊自适应变权重系数的成本函数可进一步降低逆变器平均开关频率,有效抑制转矩与磁链脉动。     

改进的永磁同步电机双矢量模型预测转矩控制

针对永磁同步电机（PMSM）传统模型预测转矩控制（MPTC）权重系数设置复杂、转矩和磁通脉动大的问题,提出了一种改进的PMSM双矢量MPTC方法。该方法扩展虚拟矢量以增加候选电压矢量,结合电压矢量作用于转矩和磁链的原则,减少选择候选矢量的计算量。同时,针对转矩无差拍和磁通无差拍,运用候选矢量的转矩占空比和磁通占空比构造了优化规则代替传统预测转矩控制中的代价函数,避免权重系数的整定问题。仿真结果表明,所提改进方法不仅提高稳态性能,而且能保持MPTC动态响应迅速的特点。     

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。     

基于无权重DMPTC优化策略的永磁同步电机调速系统

针对永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)系统中存在的权重系数设计困难,以及稳态转矩、磁链脉动大的问题,提出了一种基于占空比优化的无权重模型预测转矩控制方法。首先建立PMSM无权重MPTC,每一控制周期内根据所定义的评估项计算交互误差,最小交互误差对应的电压矢量即为最优矢量,从而取消了权重系数设计。然后在无权重MPTC的基础上,引入占空比优化环节,所采用的占空比计算方法综合考虑了磁链和转矩因素,可有效抑制转矩、磁链脉动。仿真分析表明所提基于占空比优化的无权重模型预测转矩控制系统性能良好。     

永磁同步电机模型预测磁链控制

针对永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)成本函数中权重系数设计繁琐问题,提出一种模型预测磁链控制(MPFC),能够消除成本函数中的权重系数。首先,根据永磁同步电机数学方程建立转矩、磁链及负载角之间数学模型;然后,推导转矩和磁链幅值与定子磁链矢量之间解析关系,将对转矩和定子磁链幅值的控制转化为对定子磁链矢量的控制,从而省略了权重系数的设计过程;最后,在永磁同步电机试验平台上进行算法验证,并与MPTC进行详细对比,结果表明所提出的MPFC能够有效抑制转矩脉动和定子磁链脉动,具有与MPTC最优控制时相当的动静态性能,算法运算量显著降低,验证了所提方法的可行性和有效性。     

永磁同步电机有限集模型预测直接转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)模型预测直接转矩控制(DTC)转矩脉动大、功率元件开关频率不恒定等问题,将两电平逆变器的8个电压空间矢量作为有限控制集,应用到PMSM DTC中。设计考虑转矩误差、最大转矩电流比及电流约束的成本函数,利用成本函数来估算有限集合中各电压矢量的占空比,从而求得逆变器的最优电压矢量作为系统控制量。与传统模型预测控制方法相比,该方法的电流谐波和转矩脉动显著降低,且转矩动态性能也得到改善。仿真试验结果验证了所提出的控制方案有效性。     

六相串联三相双PMSM系统无权重系数MPTC

针对六相串联三相双永磁同步电机(PMSM)系统提出了一种无权重系数的模型预测转矩控制(MPTC)策略,使用基于六相相电压误差的成本函数以消除传统成本函数中的权重系数.基于两台PMSM转矩方程的微分表达式和定子电压方程得到两台PMSM的期望电压矢量,同时由零序电流比例积分(PI)调节器得到期望零序电压,最后通过矩阵T6得到期望六相相电压.为抑制零序电流和缩短控制策略的计算时间,根据期望零序电压的大小,仅预选最多20个电压矢量代入到成本函数中优选出最优电压矢量.实验结果表明,所提控制策略独立解耦控制两台PMSM,同时实现两台PMSM转矩及定子磁链幅值的精确跟踪和零序电流的有效抑制.     

自适应改进模糊调节电压矢量占空比永磁同步电机直接转矩控制

设计了模糊调节电压矢量占空比永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC),采用开关表选择电压矢量,采用模糊控制器确定电压矢量占空比。仿真结果表明,与传统DTC相比,可有效抑制磁链和转矩脉动,但也存在转矩较大时开关表控制失效引起转矩脉动的问题。针对开关表控制失效问题,提出了采用电压矢量选择策略取代开关表来选择电压矢量的改进控制策略。仿真结果表明：改进控制策略可有效抑制因开关表失效引起的转矩脉动,但动态性能较差。因此,进一步提出采用开关表与模糊调节电压矢量占空比的自适应切换控制。动态下,系统采用开关表控制;稳态下,系统采用改进模糊调节电压矢量占空比控制。仿真结果表明,自适应改进模糊调节电压矢量占空比控制可在保证良好稳态性能的基础上提升动态性能。     

基于电压矢量利用率的永磁同步电机模型预测转矩控制备选电压矢量集合

传统模型预测控制(MPC)采用电压源逆变器(VSI)生成的全部7个电压矢量作为备选电压矢量集合,造成较大的运算负担。不同条件下,模型预测转矩控制(MPTC)系统对7个电压矢量的实际利用率并不均衡。在考虑定子磁链扇区、磁链和转矩控制信号和转矩角条件下,分析了表贴式永磁同步电机(SPMSM)MPTC系统对7个备选电压矢量的实际利用情况,并基于电压矢量利用率规律,提出了可动态变化的备选电压矢量集合。仿真结果表明与传统备选电压矢量集合相比,所提备选电压矢量集合可在保持控制性能基本相当的同时,减小备选电压矢量个数,有效提高系统实时性能。     

基于CNN的MPTC与DTC自适应切换的表贴式永磁同步电机控制策略

针对表贴式永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制(MPTC)计算复杂的问题,训练卷积神经网络(CNN)以替代MPTC实现电压矢量的选择。仿真结果表明基于CNN的MPTC稳态性能与传统MPTC基本相当,但由于稳态和动态数据不平衡,使得基于CNN的MPTC动态下磁链脉动较大。因此,提出根据系统状态将基于CNN的MPTC与直接转矩控制(DTC)自适应切换使用的策略。仿真结果表明,该策略在保证稳态控制性能的同时可以有效抑制动态下磁链脉动。     

DTC与MPTC自适应切换的表贴式永磁同步电机控制策略

针对传统表贴式永磁同步电机(SPMSM)模型预测转矩控制(MPTC)备选电压矢量数目多,计算负担较大等问题,将传统MPTC的7个备选电压矢量精简为1个由开关表输出的电压矢量和1个零电压矢量。仿真结果表明:该控制策略可有效减小转矩脉动和平均开关频率,消除了转速阶跃下的磁链脉动,并将MPTC的运算次数降低到2次或者0次,减少了系统的运算负担。为了进一步提升系统动态特性,提出根据系统状态将直接转矩控制(DTC)与MPTC自适应切换控制的策略。系统处于稳态时,采用基于开关表的MPTC;系统处于动态时,采用DTC。仿真结果表明:该策略结合了MPTC和DTC的优点,在保持控制效果的同时,提高了转矩动态响应,消除了动态下磁链脉动。     

永磁同步电机直接转矩控制双模糊控制系统

设计了永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)双模糊控制系统,采用模糊控制器同时控制电压矢量角度和电压矢量幅值。一个模糊控制器取代传统DTC系统中的磁链和转矩滞环比较器及开关表来输出基本电压矢量,即电压矢量角度;另一个模糊控制器输出基本电压矢量作用时间,即电压矢量幅值。仿真结果表明:PMSMDTC双模糊控制系统运行良好,可实现四象限运行。与仅采用模糊控制输出电压矢量角度或电压矢量幅值控制相比,双模糊控制系统可有效抑制转矩和磁链脉动。     

基于事件触发的永磁同步电机多步模型预测转矩控制

针对多步模型预测控制(MPC)计算量大的问题,将事件触发机制引入到永磁同步电机(PMSM)多步模型预测转矩控制(MPTC),建立基于转矩误差、磁链误差和连续触发次数的事件触发机制。当满足事件触发条件时,相应的采样周期无需多步预测计算,可从已有的控制序列中选择对应的电压矢量。仿真结果表明,基于事件触发的PMSM MPTC可行,由于事件触发时,牺牲滚动优化的特性,转矩和磁链脉动轻微增大,开关频率和平均运算量有所降低。     

一种基于开关次数最小的含零电压矢量永磁同步电机直接转矩控制开关表

介绍了永磁同步电机(PMSM)直接转矩控制(DTC)理论,研究了零电压矢量的作用。基于开关次数最小提出了选择零电压矢量的策略,给出了一种新型含零电压矢量开关表。仿真结果表明使用新型开关表PMSM DTC系统能正常驱动。与传统开关表相比,使用新型开关表DTC系统开关次数降低了近56%,进而降低了开关损耗。