基于电压矢量快速筛选的永磁同步电机三矢量模型预测转矩控制

占空比模型预测转矩控制通过优化有效电压矢量的占空比来减小转矩脉动,然而要得到最优有效电压矢量需要进行6次预测,计算量较大,而且第二个电压矢量只能是零矢量,导致转矩脉动仍较大.该文提出一种基于电压矢量快速筛选的永磁同步电机三矢量模型预测转矩控制策略,为了最大限度地降低控制复杂度并减小计算量,设计一种新型开关表,两个有效电...     

永磁同步电机模型预测转矩控制共模电压抑制研究

针对永磁同步电机模型预测转矩控制共模电压较大的问题,对比分析了磁链、转矩和共模电压共同控制、直接去除零电压矢量和虚拟零电压矢量三种抑制共模电压的方法。仿真结果表明,三种方法均可有效抑制共模电压。前两种方法均未采用零电压矢量,导致磁链脉动和转矩脉动增大;虚拟零电压矢量方法既保留了零电压矢量,又有效抑制了共模电压,但开关频率有所增大;动态虚拟零电压矢量选择开关次数最小的零电压矢量生成方式,可在控制性能基本相当的前提下,有效减小开关频率,综合性能最优。     

基于预测控制的SPMSM直接转矩控制最优电压矢量选择策略

针对传统开关表实现的表贴式永磁同步电机直接转矩控制中不合理转矩脉动的问题,提出了最优电压矢量选择策略。依据电压矢量对转矩和磁链的作用规律得到电压矢量选择区间表,建立了磁链和转矩误差成本函数,基于预测控制对区间内的电压矢量进行最优选择,并采用空间矢量调制技术实现。仿真结果表明:所提最优电压矢量选择策略可完全消除因开关表选择电压矢量不当引起的不合理转矩脉动,使得转矩平均误差降低58%、峰值误差降低67%,定子磁链幅值均值误差降低28%、峰值误差降低53%,同时由于采用了空间矢量调制技术,从而使得逆变器开关频率恒定。     

表贴式永磁同步电机直接转矩控制变角度预测控制

基于以电压矢量相角为变量的表贴式永磁同步电机(SPMSM)磁链和转矩方程,采用预测控制计算得出施加不同电压矢量相角的下一时刻磁链和转矩值,选择使磁链和转矩误差目标函数最小的电压矢量相角作为最优值,从而确定下一时刻施加的电压矢量。仿真结果表明:在电压矢量变角度预测下,SPMSM直接转矩控制系统运行良好,定子磁链轨迹为理想圆,磁链和转矩均符合控制要求,转速跟踪良好,定子电流波形为正弦。研究了不同等分电压矢量相角选择区域方式下变角度预测控制系统的控制效果。综合考虑控制效果和计算负担,变角度预测控制下将相角选择区域四等分比较理想。     

基于双变量预测控制的表贴式永磁同步电机直接转矩控制系统

基于电压矢量幅值和相角为变量的表贴式永磁同步电机(SPMSM)定子磁链幅值和转矩表达式,给出了9个不同幅值和相角的备选电压矢量,采用预测控制计算得出施加不同电压矢量下一时刻的定子磁链幅值和转矩值,建立了基于磁链和转矩误差的目标函数,并选择使目标函数最小的电压矢量为作为下一时刻施加的最优电压矢量。仿真结果表明:在双变量预测控制下,SPMSM直接转矩控制系统运行良好,定子磁链轨迹为理想圆,磁链和转矩均符合控制要求,转速跟踪良好,定子电流波形正弦。进一步对比分析表明:与开关表和固定电压矢量选择策略相比,双变量预测控制能显著减小转矩和磁链脉动。与开关表相比,转矩脉动均方根误差降低了62.92%,磁链脉动均方根误差降低了45.05%,评价函数均值降低了60.30%;与固定电压矢量选择策略相比,转矩脉动均方根误差降低了22.40%,磁链脉动均方根误差降低了3.85%,评价函数均值降低了15.93%。     

基于转矩误差带的表贴式永磁同步电机MPTC系统精简策略

传统表贴式永磁同步电机(SPMSM)模型预测转矩控制(MPTC)需要遍历逆变器生成的全部7个电压矢量,计算量较大。由于零电压矢量使得磁链和转矩缓慢变化,常在转矩误差较小时,被用于保持磁链和转矩。分析了不同转矩误差带下,传统MPTC对零电压矢量使用情况,提出通过转矩误差带动态调整备选电压矢量。当转矩误差位于误差带之内时,电机系统直接输出零电压矢量,无需MPTC,否则,采用逆变器生成的6个非零电压矢量。仿真结果表明：基于转矩误差带的精简控制策略的SPMSM系统运行正常。与传统MPTC相比,控制性能基本相当,平均开关频率降低至20%,平均遍历次数降低至12.43%,有效减少了系统计算负担。     

表贴式永磁同步电机直接转矩控制变幅值预测控制研究

基于以电压矢量幅值为变量的表贴式永磁同步电机(SPMSM)磁链和转矩方程,采用预测控制计算得出施加不同电压矢量幅值的下一时刻磁链和转矩值,选择使磁链和转矩误差目标函数最小的电压矢量幅值作为最优值,从而确定下一时刻施加的电压矢量。仿真结果表明:在电压矢量变幅值预测下,SPMSM直接转矩控制(DTC)系统运行良好,定子磁链轨迹为理想圆,磁链和转矩均符合控制要求,转速跟踪良好,定子电流波形正弦。预测控制需要从备选电压矢量幅值集合中选择最优幅值。理论上,备选电压矢量幅值个数越多,系统优化效果越好,但也带来更大的计算负担。研究了9种等分电压矢量情况下变幅值预测控制系统的控制效果。根据控制效果和计算负担,提出变幅值预测控制将电压矢量幅值三等分较为理想。     

矢量集优化的永磁同步电机转矩预测控制

传统三相永磁同步电机有限状态集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control,FCS-MPC)采用枚举法遍历所有基本电压矢量,选择最优电压矢量,用以预测下一时刻的转矩和磁链,运算量较大,限制了其实时性。针对以上问题,提出一种优化的模型预测转矩控制算法,该算法由磁链和转矩误差估算期望电压矢量,基于期望电压矢量的位置选择候选电压矢量,减少候选电压矢量的数量,从而提高了算法的实时性,并在Matlab环境下对所提优化算法进行了仿真实验。实验结果表明,该算法与传统FCS-MPC算法相比,系统具有良好控制性能的,同时将运算时间减少了42%,便于工程实现。     

基于广义双矢量的永磁同步电机双模型预测转矩控制

为了减少永磁同步电机(permant magnet synchronous motor,PMSM)模型预测转矩控制(model preictive torque control,MPTC)策略的转矩脉动,提出了一种基于广义双矢量的PMSM双模型预测转矩控制策略。控制策略将基本电压矢量组合扩展到广义双矢量,将基本电压矢量组合选取与作用时间计算分两次模型预测转矩控制处理,在每个控制周期先选择两个基本电压矢量,再计算其作用时间。仿真结果说明,与传统占空比模型预测控制相比,明显减少了转矩脉动。     

永磁同步电机双矢量无权重模型预测转矩控制

传统占空比预测转矩控制的目标函数包含一个权重系数,权重系数的选取繁琐且耗时。为了消除权重系数并提高稳态性能,提出一种双矢量无权重预测转矩控制方法。该方法将转矩误差和磁链误差转换到α,β坐标系下,构建以备选矢量到转矩误差直线和磁链误差圆的距离之和的目标函数,以消除权重系数。引入占空比控制,进一步减小转矩和磁链脉动。仿真与实验结果表明,该方法具有良好的控制性能。     

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。     

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。     

永磁同步电机并联法模型预测转矩控制

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,采用并联法MPTC将多目标成本函数加权求和转换为单目标成本函数电压矢量集合求交集,从而消除权重系数。建立PMSM并联法MPTC,分析磁链控制电压矢量集合和转矩控制电压矢量集合中电压矢量个数对系统控制性能的影响。进一步建立考虑开关次数控制的并联法MPTC,并采用模糊控制器动态调节开关次数,控制电压矢量集合的电压矢量个数。仿真结果表明,PMSM并联法MPTC无需权重系数设计和调节。模糊并联法MPTC可根据系统实时运行状态动态调整控制目标集合电压矢量的个数,从而优化系统控制性能。     

永磁同步电机标幺化无权重系数模型预测转矩控制

针对永磁同步电机模型预测转矩控制权重系数设计和调节的问题,采用标幺化成本函数将控制目标转换为无量纲的变量,从而消除权重系数,仿真验证其有效性。研究指出标幺化成本函数统一控制目标的变化范围,仅适用于所有控制目标重要性基本相同的领域,并且计算量大,算法实时性降低。     

永磁同步电机有限控制集模型预测转矩控制系统研究

建立了基于定子磁链x-y坐标系的永磁同步电机(PMSM)有限控制集模型预测转矩控制(FCS-MPTC)系统,仿真验证了系统的有效性和可行性。针对磁链和转矩预测模型较为复杂的问题,提出了磁链和转矩的简化预测模型。理论分析、仿真和试验结果验证了FCS-MPTC的简化模型与常规模型控制效果相当,可明显减小计算负担,提高系统实时性能。将电压矢量幅值和角度作为FCS-MPTC的控制变量,设计了变幅值变角度的备选电压矢量集合。仿真结果表明该备选电压矢量集合可有效减小稳态转矩脉动,但动态性能不及传统备选电压矢量集合。基于不同备选电压矢量的特点,提出了根据系统状态自适应动态变化的备选电压矢量策略。仿真结果表明,该控制策略在静动态下均可取得良好的控制性能。     

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。