当永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)采用有限集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)时,性能易受PMSM参数变化的影响,PMSM与控制器之间的参数不匹配会严重影响预测控制的性能。因...当永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)采用有限集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)时,性能易受PMSM参数变化的影响,PMSM与控制器之间的参数不匹配会严重影响预测控制的性能。因此,该文提出一种基于无参数PMSM的自适应FCS-MPC控制策略,能够准确地实现预测控制而无需了解电机参数。针对PMSM多参数在线辨识时存在的欠秩问题,利用FCS-MPC固有的开关纹波能产生持续激励的特性,采用递推最小二乘法(recursive least squares,RLS)实现多参数辨识。此外,针对采用FCS-MPC时的逆变器死区时间补偿问题,提出一种考虑死区时间矢量的合成电压矢量输出方案,进一步提高预测控制性能。最后,通过实验验证了所提方法的有效性,实验结果表明,与基于模型的常规FCS-MPC解决方案相比,所提方法能减小预测误差,并且对参数变化和模型不确定性具有非常强的鲁棒性。展开更多
VIENNA整流器的传统控制多采用SVPWM调制方式,具有计算复杂、鲁棒性差等不足.有限集模型预测控制无需调制单元,易于添加约束项,抗干扰能力强.文中利用有限集模型预测控制特点,首先建立了三相三电平VIENNA整流器的数学模型,得到有限集模...VIENNA整流器的传统控制多采用SVPWM调制方式,具有计算复杂、鲁棒性差等不足.有限集模型预测控制无需调制单元,易于添加约束项,抗干扰能力强.文中利用有限集模型预测控制特点,首先建立了三相三电平VIENNA整流器的数学模型,得到有限集模型预测控制的预测模型、目标函数和滚动优化策略,并在目标函数中直接加入输出侧中点电压平衡的约束项,实现中点电位平衡控制.然后搭建了1. 8 k W实验平台来验证这一控制策略在VIENNA整流器中应用的可行性,结果表明其可以实现单位功率因数、输出电压稳定和中点电位的平衡,并且系统具有较强的鲁棒性.展开更多
在多电机系统有限集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)中,随着电机数量的增加,加权求和型价值函数中权重系数的数量也随之增加,整定变得困难。对此,在对双电机转矩同步系统进行统一建模的基础上,通过...在多电机系统有限集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)中,随着电机数量的增加,加权求和型价值函数中权重系数的数量也随之增加,整定变得困难。对此,在对双电机转矩同步系统进行统一建模的基础上,通过构造二次型价值函数,将3个权重系数的整定问题转化为1个权重系数矩阵的求解问题。在二次型价值函数中应用由离线求解算法得到的权重系数矩阵能够保证系统的李雅普诺夫稳定性,从而可在连续控制周期内保证各误差收敛。在齿轮传动双电机转矩同步控制系统实验平台上对该算法进行实验验证,结果表明:将离线自整定后的权重系数矩阵用于二次型价值函数中,能使FCS-MPC控制下电机的跟踪误差和同步误差具有良好的收敛性。从理论和实验上证明了基于二次型价值函数的FCS-MPC算法能保证各电机较好的跟踪性能和转矩同步性能,同时该控制策略为拓展到多电机系统提供了可能。展开更多
针对统一电能质量调节器(unified power quality conditioner,UPQC)线性控制算法中存在的控制结构复杂、控制器参数整定困难以及控制延时等问题,提出一种基于有限集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)...针对统一电能质量调节器(unified power quality conditioner,UPQC)线性控制算法中存在的控制结构复杂、控制器参数整定困难以及控制延时等问题,提出一种基于有限集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)的UPQC预测直接控制策略。在分析UPQC直接控制系统构成基础上,基于FCS-MPC基本原理,实现了同步旋转坐标系下UPQC的有限集模型预测直接控制系统建模,有效简化了控制器结构,降低了控制算法的复杂度;基于UPQC系统有功功率平衡以及负载基波电压幅值恒定原控制器参数整定困难以及控制延时等问题,提出一种基于有则,建立了适用于UPQC串联侧与并联侧预测直接控制策略的给定值产生机制;最后,采用Matlab/Simulink仿真软件将所提控制策略与传统线性控制算法进行了对比仿真,并基于DSP (digital signal processor)(10)FPGA (field programmable gate array)(10)TYPHOON HIL402实验平台进行了实验验证,仿真与实验结果验证了所提控制策略的有效性和可行性。展开更多
有限集模型预测控制方法(finite control set model predictive control,FCS-MPC)因其能够实现多目标的控制,在模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)中得到广泛应用。随着子模块数量增加,模型预测控制方法计算量呈指...有限集模型预测控制方法(finite control set model predictive control,FCS-MPC)因其能够实现多目标的控制,在模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)中得到广泛应用。随着子模块数量增加,模型预测控制方法计算量呈指数增长,面临计算复杂度高、权重因子难以整定等问题。为了解决上述问题,提出了一种基于多变量校正控制集的MMC模型预测控制策略(multi-variate adjusting set predictive control,MAS-MPC)。该策略基于输出电流与桥臂电压差对子模块投入控制集进行快速校正,通过评估两个成本函数得到最优开关矢量。此外,提出了一种基于分化中项的电容电压平衡方案,可以有效降低排序算法的复杂度。为了验证所提策略的有效性,使用Matlab/Simulink软件平台搭建了10电平的三相MMC系统,并与传统方案进行比较。所提方案在降低输出电流与环流的谐波含量的同时,大幅减少了系统的计算量,使得系统具有更快速的动态响应速度。展开更多
串联型有源电力滤波器(series active power filter,SAPF)作为一种串接于电网和负载之间实现快速补偿系统电压的电力电子装置,是解决配电网电压质量问题的理想设备。该文以两电平SAPF为研究对象,提出一种基于无差拍外环控制的有限集模...串联型有源电力滤波器(series active power filter,SAPF)作为一种串接于电网和负载之间实现快速补偿系统电压的电力电子装置,是解决配电网电压质量问题的理想设备。该文以两电平SAPF为研究对象,提出一种基于无差拍外环控制的有限集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)策略。首先在传统双闭环控制基础上,引入FCS-MPC控制策略,在dq坐标系下建立系统离散预测模型,分析系统延时及其补偿,实现滚动优化控制,替代了传统电流环并省略调制环节,降低控制算法的复杂度;在此基础上,为避免交叉解耦环节和控制器参数整定,在αβ坐标系下对逆变器出口参考电流的获取进行改进,根据数学模型,利用无差拍控制替代传统电压外环,减少了坐标变换,进一步简化控制结构;最后通过Matlab/Simulink和Typhoon HIL 402半实物平台,对所提控制策略与传统电压电流双闭环控制策略进行仿真对比与实物验证。结果表明,针对电网电压暂升、暂降以及谐波的工况,所提控制策略均具有良好的电压补偿效果,能有效降低电压的谐波畸变率。展开更多
为保证全直流风电系统安全并网运行,系统直流电压稳定控制至关重要。全直流风电系统直流电压稳定控制采用比例积分(PI)控制时,PI参数较多且整定繁琐复杂,在非正常运行工况下动态响应速度相对较慢,控制精度不够高。针对以上问题,文章提...为保证全直流风电系统安全并网运行,系统直流电压稳定控制至关重要。全直流风电系统直流电压稳定控制采用比例积分(PI)控制时,PI参数较多且整定繁琐复杂,在非正常运行工况下动态响应速度相对较慢,控制精度不够高。针对以上问题,文章提出一种基于有限控制集模型预测控制(Finite Control Set-Model Predictive Control,FCS-MPC)原理对系统换流器桥臂晶体管开关状态进行控制的系统直流电压稳定控制策略。该策略结合机侧整流器及并网逆变器的电流预测模型,以换流器输出电流为控制变量构造代价函数,以代价函数为优化目标,为避免计算时延导致的控制延时,引入延时补偿提高控制准确度,并引入权重系数实现多目标优化,通过遍历计算产生最优开关组合信号触发换流器。在Matlab/Simulink中建立全直流风电系统的仿真模型,在不同工况下,对所提策略与传统PI控制进行对比仿真分析,仿真结果有效验证了所提控制策略的静态性能及动态性能。展开更多
永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有高效率、高功率密度与高可靠性等优势,已在工业界得到广泛应用。文中针对PMSM驱动系统,提出基于拓展控制集的有限控制集无模型预测电流控制(finite-control-set model-free p...永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有高效率、高功率密度与高可靠性等优势,已在工业界得到广泛应用。文中针对PMSM驱动系统,提出基于拓展控制集的有限控制集无模型预测电流控制(finite-control-set model-free predictive current control,FCS-MFPCC)。首先,分析PMSM系统的数学模型并详述有限控制集模型预测电流控制(finite-control-set model predictive current control,FCS-MPCC)的原理。其次,介绍基于线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)的传统FCS-MFPCC。针对传统FCS-MFPCC稳态性能不足的问题,采用基于离散空间矢量调制(discrete space vector modulation,DSVM)的控制集拓展方案,将控制集的电压矢量数目拓展至25。然后,为解决拓展控制集带来的高计算量问题,提出一种快速寻优策略,阐述该策略的实施原理与流程。最后,基于一台500 W PMSM实验平台,对比传统FCS-MFPCC与所提FCS-MFPCC的控制性能,验证所提算法的有效性与优越性。实验结果表明,所提算法能够有效提升系统稳态性能,且定子绕组电流总谐波畸变率由10.07%降低至6.48%。展开更多
文摘当永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)采用有限集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)时,性能易受PMSM参数变化的影响,PMSM与控制器之间的参数不匹配会严重影响预测控制的性能。因此,该文提出一种基于无参数PMSM的自适应FCS-MPC控制策略,能够准确地实现预测控制而无需了解电机参数。针对PMSM多参数在线辨识时存在的欠秩问题,利用FCS-MPC固有的开关纹波能产生持续激励的特性,采用递推最小二乘法(recursive least squares,RLS)实现多参数辨识。此外,针对采用FCS-MPC时的逆变器死区时间补偿问题,提出一种考虑死区时间矢量的合成电压矢量输出方案,进一步提高预测控制性能。最后,通过实验验证了所提方法的有效性,实验结果表明,与基于模型的常规FCS-MPC解决方案相比,所提方法能减小预测误差,并且对参数变化和模型不确定性具有非常强的鲁棒性。
文摘VIENNA整流器的传统控制多采用SVPWM调制方式,具有计算复杂、鲁棒性差等不足.有限集模型预测控制无需调制单元,易于添加约束项,抗干扰能力强.文中利用有限集模型预测控制特点,首先建立了三相三电平VIENNA整流器的数学模型,得到有限集模型预测控制的预测模型、目标函数和滚动优化策略,并在目标函数中直接加入输出侧中点电压平衡的约束项,实现中点电位平衡控制.然后搭建了1. 8 k W实验平台来验证这一控制策略在VIENNA整流器中应用的可行性,结果表明其可以实现单位功率因数、输出电压稳定和中点电位的平衡,并且系统具有较强的鲁棒性.
文摘在多电机系统有限集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)中,随着电机数量的增加,加权求和型价值函数中权重系数的数量也随之增加,整定变得困难。对此,在对双电机转矩同步系统进行统一建模的基础上,通过构造二次型价值函数,将3个权重系数的整定问题转化为1个权重系数矩阵的求解问题。在二次型价值函数中应用由离线求解算法得到的权重系数矩阵能够保证系统的李雅普诺夫稳定性,从而可在连续控制周期内保证各误差收敛。在齿轮传动双电机转矩同步控制系统实验平台上对该算法进行实验验证,结果表明:将离线自整定后的权重系数矩阵用于二次型价值函数中,能使FCS-MPC控制下电机的跟踪误差和同步误差具有良好的收敛性。从理论和实验上证明了基于二次型价值函数的FCS-MPC算法能保证各电机较好的跟踪性能和转矩同步性能,同时该控制策略为拓展到多电机系统提供了可能。
文摘针对统一电能质量调节器(unified power quality conditioner,UPQC)线性控制算法中存在的控制结构复杂、控制器参数整定困难以及控制延时等问题,提出一种基于有限集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)的UPQC预测直接控制策略。在分析UPQC直接控制系统构成基础上,基于FCS-MPC基本原理,实现了同步旋转坐标系下UPQC的有限集模型预测直接控制系统建模,有效简化了控制器结构,降低了控制算法的复杂度;基于UPQC系统有功功率平衡以及负载基波电压幅值恒定原控制器参数整定困难以及控制延时等问题,提出一种基于有则,建立了适用于UPQC串联侧与并联侧预测直接控制策略的给定值产生机制;最后,采用Matlab/Simulink仿真软件将所提控制策略与传统线性控制算法进行了对比仿真,并基于DSP (digital signal processor)(10)FPGA (field programmable gate array)(10)TYPHOON HIL402实验平台进行了实验验证,仿真与实验结果验证了所提控制策略的有效性和可行性。
文摘有限集模型预测控制方法(finite control set model predictive control,FCS-MPC)因其能够实现多目标的控制,在模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)中得到广泛应用。随着子模块数量增加,模型预测控制方法计算量呈指数增长,面临计算复杂度高、权重因子难以整定等问题。为了解决上述问题,提出了一种基于多变量校正控制集的MMC模型预测控制策略(multi-variate adjusting set predictive control,MAS-MPC)。该策略基于输出电流与桥臂电压差对子模块投入控制集进行快速校正,通过评估两个成本函数得到最优开关矢量。此外,提出了一种基于分化中项的电容电压平衡方案,可以有效降低排序算法的复杂度。为了验证所提策略的有效性,使用Matlab/Simulink软件平台搭建了10电平的三相MMC系统,并与传统方案进行比较。所提方案在降低输出电流与环流的谐波含量的同时,大幅减少了系统的计算量,使得系统具有更快速的动态响应速度。
文摘串联型有源电力滤波器(series active power filter,SAPF)作为一种串接于电网和负载之间实现快速补偿系统电压的电力电子装置,是解决配电网电压质量问题的理想设备。该文以两电平SAPF为研究对象,提出一种基于无差拍外环控制的有限集模型预测控制(finite control set model predictive control,FCS-MPC)策略。首先在传统双闭环控制基础上,引入FCS-MPC控制策略,在dq坐标系下建立系统离散预测模型,分析系统延时及其补偿,实现滚动优化控制,替代了传统电流环并省略调制环节,降低控制算法的复杂度;在此基础上,为避免交叉解耦环节和控制器参数整定,在αβ坐标系下对逆变器出口参考电流的获取进行改进,根据数学模型,利用无差拍控制替代传统电压外环,减少了坐标变换,进一步简化控制结构;最后通过Matlab/Simulink和Typhoon HIL 402半实物平台,对所提控制策略与传统电压电流双闭环控制策略进行仿真对比与实物验证。结果表明,针对电网电压暂升、暂降以及谐波的工况,所提控制策略均具有良好的电压补偿效果,能有效降低电压的谐波畸变率。
文摘为保证全直流风电系统安全并网运行,系统直流电压稳定控制至关重要。全直流风电系统直流电压稳定控制采用比例积分(PI)控制时,PI参数较多且整定繁琐复杂,在非正常运行工况下动态响应速度相对较慢,控制精度不够高。针对以上问题,文章提出一种基于有限控制集模型预测控制(Finite Control Set-Model Predictive Control,FCS-MPC)原理对系统换流器桥臂晶体管开关状态进行控制的系统直流电压稳定控制策略。该策略结合机侧整流器及并网逆变器的电流预测模型,以换流器输出电流为控制变量构造代价函数,以代价函数为优化目标,为避免计算时延导致的控制延时,引入延时补偿提高控制准确度,并引入权重系数实现多目标优化,通过遍历计算产生最优开关组合信号触发换流器。在Matlab/Simulink中建立全直流风电系统的仿真模型,在不同工况下,对所提策略与传统PI控制进行对比仿真分析,仿真结果有效验证了所提控制策略的静态性能及动态性能。
文摘永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有高效率、高功率密度与高可靠性等优势,已在工业界得到广泛应用。文中针对PMSM驱动系统,提出基于拓展控制集的有限控制集无模型预测电流控制(finite-control-set model-free predictive current control,FCS-MFPCC)。首先,分析PMSM系统的数学模型并详述有限控制集模型预测电流控制(finite-control-set model predictive current control,FCS-MPCC)的原理。其次,介绍基于线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)的传统FCS-MFPCC。针对传统FCS-MFPCC稳态性能不足的问题,采用基于离散空间矢量调制(discrete space vector modulation,DSVM)的控制集拓展方案,将控制集的电压矢量数目拓展至25。然后,为解决拓展控制集带来的高计算量问题,提出一种快速寻优策略,阐述该策略的实施原理与流程。最后,基于一台500 W PMSM实验平台,对比传统FCS-MFPCC与所提FCS-MFPCC的控制性能,验证所提算法的有效性与优越性。实验结果表明,所提算法能够有效提升系统稳态性能,且定子绕组电流总谐波畸变率由10.07%降低至6.48%。
