亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于改進(jìn)雙矢量的永磁同步電機(jī)模型預(yù)測控制

        2025-03-12 00:00:00許俊宇孫先松
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2025年4期
        關(guān)鍵詞:控制策略

        摘 要:本文提出了一種適用于永磁同步電機(jī)的雙矢量模型預(yù)測控制策略,旨在提高系統(tǒng)的控制性能和效率。該策略在原有預(yù)測過程的基礎(chǔ)上引入了第二矢量,并選擇最優(yōu)和次優(yōu)矢量,同時結(jié)合開關(guān)次數(shù)最少的約束規(guī)則,完成最優(yōu)矢量和次優(yōu)矢量的精確組合。采用該策略,系統(tǒng)可以更好地抑制電流波動,降低功率諧波,提高系統(tǒng)的性能和效率。該研究成果為永磁同步電機(jī)的控制領(lǐng)域帶來技術(shù)突破,為實際工程應(yīng)用提供支持。

        關(guān)鍵詞:永磁同步電機(jī);模型預(yù)測控制;雙矢量控制" " " 中圖分類號:TM 30 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        模型預(yù)測控制(Model Predictive Control,MPC)在控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。其通過構(gòu)建離散時間模型,預(yù)測系統(tǒng)未來的運行狀態(tài),并利用在線尋優(yōu)技術(shù)實現(xiàn)精確控制[1]。

        MPC的優(yōu)勢在于其能夠通過價值函數(shù),直接將不同的控制目標(biāo)融入控制策略中,從而靈活處理多個目標(biāo)和非線性控制問題。針對占空比控制中零電壓矢量的問題,本文通過引入第二最優(yōu)電壓矢量,將選擇范圍擴(kuò)展到所有逆變器電壓矢量狀態(tài)。利用價值函數(shù)對可選方案進(jìn)行比較,選擇最優(yōu)解來驅(qū)動電機(jī),以此提升穩(wěn)態(tài)控制性能。MPC的劣勢在于,多矢量MPC的相關(guān)算法計算復(fù)雜度較高,并不適用于電機(jī)驅(qū)動的嵌入式系統(tǒng)。文獻(xiàn)[2]提出了簡化計算復(fù)雜性的多向量控制方案,以及基于模糊邏輯的多向量有限控制集模型預(yù)測控制方案,這2種方案均能有效提升穩(wěn)態(tài)性能。文獻(xiàn)[3]通過預(yù)先選擇活動電壓矢量來簡化雙矢量MPC,該方法采用定子電流增量軌跡的預(yù)選策略以減輕計算負(fù)擔(dān),并通過成本函數(shù)來調(diào)整電壓矢量的停留時間,旨在減少轉(zhuǎn)矩波動和電流諧波。

        多矢量MPC能夠提高控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能。本文對雙矢量的模型預(yù)測控制進(jìn)行改進(jìn),減少控制程序計算量,對提高永磁同步電機(jī)控制性能具有重要意義。

        1 模型預(yù)測控制

        1.1 永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型

        表貼式永磁同步電機(jī)dq軸連續(xù)數(shù)學(xué)模型的電壓方程如公式(1)所示。

        式中:id、iq和ud、uq分別為dq軸電流和電壓;Rs為電機(jī)定子電阻;L為電感;ωe為電角速度;t為時間步長;ψf為永磁體磁鏈。

        轉(zhuǎn)矩方程如公式(2)所示。

        式中:Te為電磁轉(zhuǎn)矩;p為極對數(shù)。

        運動方程如公式(3)所示。

        式中:J為轉(zhuǎn)動慣量;Tl為負(fù)載轉(zhuǎn)矩;F為阻力系數(shù)。

        三相逆變器輸出電壓如公式(4)所示[4]。

        式中:Uabc=[Ua" Ub" Uc]T為端部相電壓;Ua為A相端電壓;Ub為B相端電壓;Uc為C相端電壓;UDC為母線電壓;[Sa" Sb" Sc]T為開關(guān)狀態(tài);Sa為A相開關(guān)狀態(tài);Sb為B相開關(guān)狀態(tài);Sc為C相開關(guān)狀態(tài),共有[0" 0" 0]T、[1" 0" 0]T、[1" 1" 0]T、[0" 1" 0]T、[0" 1" 1]T、[0" 0" 1]T、[1" 0" 1]T和[1" 1" 1]T8種。

        1.2 傳統(tǒng)有限集模型預(yù)測直接速度控制

        對電機(jī)的連續(xù)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行離散化處理。采用前向歐拉法進(jìn)行離散,設(shè)定控制系統(tǒng)的采樣時間為Ts,根據(jù)公式(1)、公式(2)得到電機(jī)的離散數(shù)學(xué)模型[5]。如公式(5)所示。

        式中: id(k+1)、iq(k+1)分別為dq軸電流在k+1時刻的預(yù)測值; id(k)、iq(k)分別為dq軸電流在k時刻的值;ωe(k)為電機(jī)在k時刻的電角速度;ud(k)、uq(k)分別為dq軸電壓在k時刻的值。

        根據(jù)公式(4),ABC三相開關(guān)的每一相均具備0和1兩種狀態(tài)設(shè)定,通過三相開關(guān)的不同排列組合,候選電壓矢量Uabc共有23=8種可能。基于當(dāng)前的開關(guān)狀態(tài)組合,可得出相應(yīng)的電壓矢量,進(jìn)而利用公式(5)預(yù)測電機(jī)在有限周期后的狀態(tài)。結(jié)合評價函數(shù),可以從中篩選出最優(yōu)的電壓矢量組合,具體方法如公式(6)所示[6]。

        式中:g為模型預(yù)測總成本;λ1、λ2為id、iq誤差項對應(yīng)的權(quán)重系數(shù);id*為d軸電流給定值;iq*為q軸電流給定值;glimit為電機(jī)電流約束項,設(shè)計對應(yīng)的成本函數(shù),如果電流超過電機(jī)的最大電流Imax[7],那么該項為無窮大。成本函數(shù)計算過程如公式(7)所示。

        2 雙矢量模型預(yù)測控制

        本文聚焦于雙矢量模型預(yù)測控制策略的研究。隨著永磁同步電機(jī)在寬調(diào)速范圍場景中的應(yīng)用日益廣泛,提升系統(tǒng)控制性能的重要性愈發(fā)凸顯[8]。為達(dá)成此目標(biāo),本文提出了引入第二矢量的有限集模型預(yù)測控制策略。雙矢量模型預(yù)測控制技術(shù)具備從各種潛在控制矢量中選擇最優(yōu)及次優(yōu)組合的能力。此過程需要深入理解系統(tǒng)動態(tài)特性,并依據(jù)不同工作條件,選擇最合適的矢量組合,改進(jìn)后的雙矢量選取方法如圖1所示。通過合理選擇矢量,系統(tǒng)能更靈活地調(diào)整控制信號,提高永磁同步電機(jī)在全速域內(nèi)的性能。

        本文采用了一種高效策略,通過增加開關(guān)次數(shù)最少的規(guī)則,來減少模型預(yù)測控制算法的計算次數(shù)。在實際應(yīng)用中,該策略使系統(tǒng)能夠更快速地響應(yīng)不同的工作條件,減輕計算負(fù)擔(dān),提高控制效率。同時,引入第二矢量以滿足不同工況下的控制需求,保證系統(tǒng)在各種操作狀態(tài)下都能夠保持高性能。

        經(jīng)過優(yōu)化的雙矢量MPCC策略在每個采樣周期內(nèi)選擇2個基本電壓矢量來控制永磁同步電動機(jī)。首先,根據(jù)公式(6)和公式(7)的價值函數(shù),選取使該函數(shù)值最小的電壓矢量uopt1。隨后,基于最少開關(guān)切換次數(shù)原則,確定第二個矢量。在理想狀態(tài)下,dq軸電流的預(yù)測過程遵循公式(8)和公式(9),最優(yōu)dq軸零矢量的計算則依據(jù)公式(10)和公式(11),進(jìn)而推導(dǎo)出虛擬電壓矢量的公式(12)和公式(13)。其次,根據(jù)直交軸電流無差拍原則和最優(yōu)dq軸第二矢量公式(14)、公式(15)計算各矢量的作用時間。再次,優(yōu)化價值函數(shù),選擇最小的虛擬電壓矢量作為逆變器輸出。如果第二電壓矢量的作用時間不為0~Ts,那么由最優(yōu)矢量uopt1來補(bǔ)充剩余時間。最后,調(diào)整作用時間,保證直交軸電流的預(yù)測值與給定值相等,完成精確控制。在確定2個基本電壓矢量后,本文采用直交軸電流同時無誤差的控制原則,計算各個電壓矢量的作用時間,使直交軸電流的預(yù)測值與給定值相等,完成精確的電流控制。

        式中:sdopt1、sdj和sd0分別為d軸最優(yōu)第一矢量、最優(yōu)第二矢量和零矢量;sqopt1、sqj和sq0分別為q軸最優(yōu)第一矢量、最優(yōu)第二矢量和零矢量;對應(yīng)的作用時間分別為ti、tj和tz。

        2個基本電壓矢量作用時間ti、tj計算過程分別如公式(16)、公式(17)所示。

        式中:ed、eq分別為dq軸的矢量偏差。

        改進(jìn)的雙矢量模型控制框如圖2所示。與傳統(tǒng)模型預(yù)測控制相比,其增加了候選電壓矢量個數(shù),使電機(jī)具有更接近給定值的狀態(tài),為了減少計算量,本文根據(jù)開關(guān)切換次數(shù)最少的原則對候選電壓矢量個數(shù)進(jìn)行簡化。

        雙矢量模型預(yù)測控制技術(shù)能夠精確調(diào)整矢量組合,有效抑制電流波動。在預(yù)測過程中,通過融入第二矢量,并綜合運用最優(yōu)與次優(yōu)矢量,系統(tǒng)能夠在實時動態(tài)調(diào)節(jié)中更準(zhǔn)確地響應(yīng)電機(jī)運行狀態(tài)的變化。這種矢量組合調(diào)節(jié)能力,使控制系統(tǒng)能高效抑制電流波動,進(jìn)而增強(qiáng)了電機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。雙矢量模型預(yù)測控制技術(shù)不僅在理論研究方面取得了突破,也為實際工程應(yīng)用中的電機(jī)控制提供了可行且有效的解決方案。

        3 仿真驗證

        本文運用MATLAB/Simulink仿真軟件構(gòu)建了PMSM模型,通過預(yù)測控制仿真模型來驗證雙矢量模型預(yù)測控制策略的有效性。在仿真模型中,傳統(tǒng)MPC和雙矢量MPC的核心算法均采用S函數(shù)(S-function)編寫,以保證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

        仿真設(shè)置中,電機(jī)參數(shù)如下:極對數(shù)為1,直軸電感和交軸電感為0.395 mH,定子電阻為0.048 5 Ω,磁鏈為0.119 4 Wb,轉(zhuǎn)動慣量為0.002 7 kg·m2,阻尼系數(shù)為0,直流側(cè)電壓為100 V,采樣周期為2 μs,仿真時間為0.5 s,直軸電流Id的設(shè)定值為0 A。根據(jù)這些參數(shù)計算轉(zhuǎn)速環(huán)帶寬,時間常數(shù)為0.008 1 s,帶寬為775.701 9 Hz。轉(zhuǎn)速環(huán)采用PI控制,其比例參數(shù)為20,積分參數(shù)為1 000。

        為驗證傳統(tǒng)MPC和改進(jìn)的雙矢量MPC控制策略在電機(jī)動態(tài)和靜態(tài)響應(yīng)方面的有效性,本文設(shè)計了一個復(fù)雜的仿真工況。在仿真開始階段(0~0.2 s),系統(tǒng)接收1000 r/min的轉(zhuǎn)速指令,要求控制系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確跟蹤給定的階躍轉(zhuǎn)速。在0.2 s后,轉(zhuǎn)速指令突然變?yōu)?1000 r/min,考驗系統(tǒng)快速、準(zhǔn)確地調(diào)整并完成負(fù)向轉(zhuǎn)速控制的能力。

        在整個仿真過程中,系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩會發(fā)生變化。在仿真起始的空載階段(0~0.35 s),負(fù)載轉(zhuǎn)矩為0 N·m,對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了要求。在隨后的加載階段(0.35 s~0.5 s),負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增至10 N·m,導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)載變化,需要采用2種控制策略迅速進(jìn)行調(diào)整以應(yīng)對額外的負(fù)載,考驗了當(dāng)負(fù)載變化時2種控制策略的魯棒性。

        傳統(tǒng)MPC和改進(jìn)的雙矢量MPC的仿真結(jié)果如圖3~圖10所示,這些結(jié)果包括速度響應(yīng)、電流響應(yīng)以及控制參數(shù)的變化情況。傳統(tǒng)MPC控制下和改進(jìn)雙矢量MPC控制下速度響應(yīng)如圖3、圖4所示,2種控制策略均能夠有效地控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)運動,動態(tài)響應(yīng)特性良好。由于本文未對速度環(huán)進(jìn)行改進(jìn),且2種策略的速度環(huán)參數(shù)設(shè)置相同,因此在速度響應(yīng)方面,2種策略的表現(xiàn)相似,說明改進(jìn)的雙矢量MPC在速度控制方面并未影響MPC的動態(tài)性能。

        傳統(tǒng)MPC和改進(jìn)雙矢量MPC控制下的dq軸電流響應(yīng)曲線如圖5~圖8所示。從圖中可以清晰地觀察到,改進(jìn)雙矢量MPC控制下的q軸電流和d軸電流波動明顯降低,其中q軸電流波動下降了約35%,d軸電流波動下降了40%。說明改進(jìn)的雙矢量MPC能夠有效降低電流波動,提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。改進(jìn)的雙矢量MPC并未對電流的動態(tài)響應(yīng)速度造成明顯影響,仍然保持了較快的響應(yīng)速度。

        傳統(tǒng)MPC和改進(jìn)雙矢量MPC控制下的a相電流響應(yīng)曲線如圖9、圖10所示。經(jīng)過對比可知,改進(jìn)雙矢量MPC能夠有效降低電機(jī)系統(tǒng)中的諧波成分,提高了動態(tài)和靜態(tài)響應(yīng)性能。改進(jìn)雙矢量MPC還能夠簡化計算量,提高了控制系統(tǒng)的效率和性能。

        進(jìn)一步進(jìn)行快速傅里葉變換(Fast Fourier Transform, FFT)分析,在2種策略下a相電流的總諧波失真率(Total Harmonic Distortion, THD)結(jié)果如圖11、圖12所示。在傳統(tǒng)MPC控制下的THD為1.93%,改進(jìn)雙矢量MPC控制下的THD為0.18%,降低了1.75%。說明改進(jìn)雙矢量MPC能夠有效地降低電機(jī)電流的諧波失真,提升了電機(jī)系統(tǒng)電氣性能。

        綜上所述,仿真工況涵蓋了采用2種控制策略的PMSM驅(qū)動系統(tǒng)在動態(tài)與靜態(tài)條件下的表現(xiàn)。通過仿真,驗證了控制策略在速度調(diào)整、轉(zhuǎn)向變換及負(fù)載變動等方面的有效性和穩(wěn)定性。仿真結(jié)果顯示,本文所提出的改進(jìn)雙矢量MPC方法有效降低了電機(jī)電流諧波,同時保持了與傳統(tǒng)MPC控制相當(dāng)?shù)碾姍C(jī)動態(tài)響應(yīng),控制效率和性能較高。

        4 結(jié)論

        本文提出了一種改進(jìn)的雙矢量模型預(yù)測控制策略,優(yōu)化了永磁同步電機(jī)在復(fù)雜工況下的性能。引入第二矢量的有限集模型預(yù)測控制策略,使系統(tǒng)能夠更靈活地調(diào)整控制信號,提高了電機(jī)在全速域內(nèi)的性能。本文為永磁同步電機(jī)的精準(zhǔn)控制提供了新的方法,在實際工程應(yīng)用中效果明顯。

        參考文獻(xiàn)

        [1]DONG H,WANG Y.Multi-vector robust model predictive current"control for PMSM based on incremental Model[J].Journal of electrical engineering amp; technology,2023, 18(5):3657-3669.

        [2]ZHANG Y,HUANG L,XU D,et al.Performance evaluation"of two-vector-based model predictive current control of PMSM"drives[J].Chinese Journal of Electrical Engineering,2018,4(2):65-81.

        [3]CHEN W,ZENG S,ZHANG G,et al.A modified double vectors"model predictive torque control of permanent magnet synchronous motor[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2019,34(11):11419-11428.

        [4]牛峰,李奎,王堯.基于占空比調(diào)制的永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制[J].電工技術(shù)學(xué)報,2014,29(11):20-29.

        [5]ZHANG Y,YANG H.Model predictive torque control of induction"motor drives with optimal duty cycle control[J].IEEE Transactions on power electronics,2014,29(12):6593-6603.

        [6]徐艷平,張保程,周欽.永磁同步電機(jī)雙矢量模型預(yù)測電流控制[J].電工技術(shù)學(xué)報,2017, 32(20):222-230.

        [7]歐陽周全,吳上生.基于DSP交流永磁同步數(shù)字伺服系統(tǒng)設(shè)計與實驗研究[J].煤礦機(jī)械, 2010,263(1):81-84.

        [8]焦石,蘭志勇,王琳.基于解析法的表貼式永磁同步電動機(jī)電磁場與齒槽轉(zhuǎn)矩的分析[J]. 電氣技術(shù),2019,234(4):7-11.

        作者簡介:許俊宇(1995—),男,本科,自動化專業(yè),在讀非全日制碩士研究生,工程師,從事伺服電機(jī)驅(qū)動器研發(fā)工作。

        電子郵箱:15751775127@163.com。

        通信作者:孫先松(1968—),男,長江大學(xué)副教授,通信與信息系統(tǒng)、檢測技術(shù)與自動化裝置碩士生導(dǎo)師,主要研究方向為嵌入式系統(tǒng)、電子測控技術(shù)和PLC控制技術(shù)等。

        電子郵箱:xssun@yangtzeu.edu.cn。

        猜你喜歡
        控制策略
        基于改進(jìn)VSG的船舶岸電并網(wǎng)控制策略
        考慮虛擬慣性的VSC-MTDC改進(jìn)下垂控制策略
        能源工程(2020年6期)2021-01-26 00:55:22
        工程造價控制策略
        山東冶金(2019年3期)2019-07-10 00:54:04
        現(xiàn)代企業(yè)會計的內(nèi)部控制策略探討
        鋼鐵行業(yè)PM2.5控制策略分析
        容錯逆變器直接轉(zhuǎn)矩控制策略
        基于Z源逆變器的STATCOM/BESS控制策略研究
        基于虛擬同步發(fā)電機(jī)原理的逆變器控制策略與仿真
        一種改進(jìn)的感應(yīng)電機(jī)查表法弱磁控制策略
        基于對等控制策略的微電網(wǎng)運行
        国产精品国产三级国产专播下| 性做久久久久久久| 国产日韩午夜视频在线观看| 亚洲中文字幕一区二区在线| 亚洲av成人无码一二三在线观看| 国产精品欧美成人| 国产精品美女黄色av| 邻居少妇太爽在线观看| 国产无套乱子伦精彩是白视频| 97精品国产手机| 国产成人av在线影院无毒| 国产伦精品一区二区三区| 日日摸夜夜添夜夜添高潮喷水| 好大好爽我要高潮在线观看| 久久99精品国产麻豆不卡| 最新国产三级| 亚洲无码视频一区:| 国产精品久久婷婷六月丁香| 国产综合精品一区二区三区| 国产农村妇女高潮大叫| 成人av天堂一区二区| 亚洲av日韩一卡二卡| 桃花影院理论片在线| 白浆出来无码视频在线| 中文片内射在线视频播放| av无码小缝喷白浆在线观看| 日韩精品无码一区二区中文字幕 | 中文字幕人妻av四季| 国产公开免费人成视频| 亚洲免费网站观看视频| 国产精品自产拍在线观看免费| 日韩男女av中文字幕| 久久婷婷五月综合97色直播| 亚洲va在线∨a天堂va欧美va| 色窝窝手在线视频| 自由成熟女性性毛茸茸应用特色| 国产精品 人妻互换| 人妻精品丝袜一区二区无码AV | 久久精品国产99精品国偷| 亚洲成在人网站天堂日本| 男人扒开女人双腿猛进视频|