基于全局电流变化更新的PMSM无模型预测控制
发布时间：2021-08-10 15:43
无模型预测控制（MF-MPC）不依赖被控对象具体数学模型,转而以被控对象输入输出数据为驱动,采用"边建模、边控制"的方式,有效解决了传统有限状态集模型预测控制（FCS-MPC）的参数敏感性问题。然而,现有MF-MPC方法应用于永磁同步电机（PMSM）调速系统控制时,系统仅对前一周期输出的单一电压矢量造成的PMSM电流变化量进行更新,当某一电压矢量长时间未被价值函数选中并输出时,其存储的电流变化量信息存在较大误差。基于此,提出一种基于全局电流变化量更新的MF-MPC方法,该方法利用最近3次实际输出电压矢量产生的电流变化量信息,在每个控制周期对全部7个电压矢量对应电流变化量进行计算与更新,可有效提升MF-MPC系统在线建模精确度。最后,依托实验室25 kW对推样机对所提方法与传统单一电流变化量更新的MF-MPC方法进行对比测试,测试结果表明所提方法在保留传统预测电流控制强鲁棒性、高响应能力特点的基础上,可有效提升MF-MPC系统的在线显示查找表（LUT）刷新率和全局稳定性。
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(11)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１?ＰＭＳＭ预测电流控制原理??Ｆｉｇ．?１?Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｃｈｅｍｅ?ｏｆ?ＰＭＳＭ??
间隔间的电流??变化量，Ａｊ＊＝［Ａｉ／?Ａ。］。??在此基础上，根据产和Ｗ可完成对Ａ＋２时刻??８个电压矢量对应的电流值预测，即：??Ｍ??＝＞ｉ２?？?＊２＝｜＾１＋Ａｒ?＊??（３）??式（２）中求得的Ａ＋２时刻电流值代入式（１）??中■／后，可求得作用于下一控制周期的最优电压??矢量，至此完成模型预测电流控制全过程。ＦＣＳ－ＭＰＣ??与ＭＦ－ＭＰＣ之间的显著区别在于如何对式（２），??（３）中的电流变化量Ａ。和Ａｉｆ，４１进行测算，下面??将对两种求解方法对比介绍。图２示出电流预测??过程分析。??实际电流测Ｂ轨迹?预测电流轨迹??ｕ?厶十｜?｜?Ａ／＊?：?｜??１?１?ｚ（？一?Ｉ＾Ａ／＊?１??々－７?丨卜２丨Ａ?１??ｋ??１??ｉｔ．ｋｌ??ｋ＋２??ＬＵＴ构ＳＩ过程??Ｌｐｃ预测过４??图２电流预测过程分析??Ｆｉｇ．?２?Ａｎａｌｙｓｉｓ?ｏｆ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??图１为ＰＭＳＭ预测电流控制系统结构图。??电流预测过程对比分析??图１?ＰＭＳＭ预测电流控制原理??Ｆｉｇ．?１?Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｃｈｅｍｅ?ｏｆ?ＰＭＳＭ??该系统通过对各电压矢量对应ＰＭＳＭ未来电??流值进行预测，并将预测结果代入预先设定的价??值函数＿／中进行评估，最终确定满足＿／取值最小??的电压矢量，该矢量即为最优电压矢量，并将于下??—控制周期输出，典型价值函数？／为：??ｍｉｎ（；）＝［ｉ＂?－ｉ＂＊２］２，?ｚｅ?７｝?（１）??式中：ｒ为参考电流矢量，ｒ＝［ｃ?为逆变器８个电压??矢量对应Ａ＋２时刻预测电流矢
进一步分析式（７）可知，受电机定??子电流和电机转速两个因素影响，受??电机定子电流（影响交直轴电感）、电压矢量、转子??磁链位置３个因素影响。对于某一固定的电压矢??量〇值固定），Ａｆ由电机定子电流、电机转速以及??转子磁链位置三者共同决定，具体表达式为：??（ｉｋ，?（〇ｍ?）?＋Ｓｉｄｚ?（ｉｋ）ｃｏｓ（９ｍ－６ｚ）?ｇ??？〇?＋５?々２（浐）ｃｏｓ?（Ｋ）??式中：民为电压矢量角度信息。??稳态情况下保持恒定，此时式（８）表现??为恒定偏移量和恒定幅值振荡量之和。图３为各??电压矢量对应电流变化量矢量关系。??Ｉ??—？?Ａｒ??Ｓｉ＝??－＊?ｓｒ??图３电压矢量对应电流变化量关系??Ｆｉｇ．?３?Ｔｈｅ?ｖｏｌｔａｇｅ?ｖｅｃｔｏｒ?ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｓ?ｔｏ?ｔｈｅ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｖａｒｉａｔｉｏｎ??４．２全局电流变化量更新原理??全局电流变化量计算利用最近３次实际输出??电压矢量产生的电流变化量信息，在每个控制周??期对全部７个电压矢量对应电流变化量进行计算??与更新。令逆变器输出的最近三电压矢量序列为??Ｂ？＝［ｈ：〇３）?？２（ｆ２）?？－’〇，）］，其中为最近一次更??新的电压矢量，Ｖ（ｔ３）为序列中最久更新的电压矢??量，即电压矢量序列构建需满足以下两点??要求：序列中三电压矢量须各不相同；三电压矢量??序列满足先进先出更新原则。??基于上述原则，三电压矢量序列共包含７！＝??２１０种组合。假定最近一次更新的中ｚ＝ｌ，其??最近三电压矢量序列组合关系见图４。??３＼?／２?３＼?／２??４．－ＶＬｈ４＾＿＾ｉ４??⑷序列Ｉ?（ｂ）序列２?（ｃ）序列３?（ｄ）
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于无模型预测控制的PMSM鲁棒调速系统[J]. 曹晓冬,杨世海,陈宇沁,方磊. 电力电子技术. 2019(10)
[2]基于间接式矩阵变换器的优化模型预测控制[J]. 朱维钧,朱伟江,周年光,刘海峰,范东海. 电气传动. 2018(12)
[3]模型预测控制——现状与挑战[J]. 席裕庚,李德伟,林姝. 自动化学报. 2013(03)
本文编号：3334335
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(11)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１?ＰＭＳＭ预测电流控制原理??Ｆｉｇ．?１?Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｃｈｅｍｅ?ｏｆ?ＰＭＳＭ??
间隔间的电流??变化量，Ａｊ＊＝［Ａｉ／?Ａ。］。??在此基础上，根据产和Ｗ可完成对Ａ＋２时刻??８个电压矢量对应的电流值预测，即：??Ｍ??＝＞ｉ２?？?＊２＝｜＾１＋Ａｒ?＊??（３）??式（２）中求得的Ａ＋２时刻电流值代入式（１）??中■／后，可求得作用于下一控制周期的最优电压??矢量，至此完成模型预测电流控制全过程。ＦＣＳ－ＭＰＣ??与ＭＦ－ＭＰＣ之间的显著区别在于如何对式（２），??（３）中的电流变化量Ａ。和Ａｉｆ，４１进行测算，下面??将对两种求解方法对比介绍。图２示出电流预测??过程分析。??实际电流测Ｂ轨迹?预测电流轨迹??ｕ?厶十｜?｜?Ａ／＊?：?｜??１?１?ｚ（？一?Ｉ＾Ａ／＊?１??々－７?丨卜２丨Ａ?１??ｋ??１??ｉｔ．ｋｌ??ｋ＋２??ＬＵＴ构ＳＩ过程??Ｌｐｃ预测过４??图２电流预测过程分析??Ｆｉｇ．?２?Ａｎａｌｙｓｉｓ?ｏｆ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??图１为ＰＭＳＭ预测电流控制系统结构图。??电流预测过程对比分析??图１?ＰＭＳＭ预测电流控制原理??Ｆｉｇ．?１?Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｃｏｎｔｒｏｌ?ｓｃｈｅｍｅ?ｏｆ?ＰＭＳＭ??该系统通过对各电压矢量对应ＰＭＳＭ未来电??流值进行预测，并将预测结果代入预先设定的价??值函数＿／中进行评估，最终确定满足＿／取值最小??的电压矢量，该矢量即为最优电压矢量，并将于下??—控制周期输出，典型价值函数？／为：??ｍｉｎ（；）＝［ｉ＂?－ｉ＂＊２］２，?ｚｅ?７｝?（１）??式中：ｒ为参考电流矢量，ｒ＝［ｃ?为逆变器８个电压??矢量对应Ａ＋２时刻预测电流矢
进一步分析式（７）可知，受电机定??子电流和电机转速两个因素影响，受??电机定子电流（影响交直轴电感）、电压矢量、转子??磁链位置３个因素影响。对于某一固定的电压矢??量〇值固定），Ａｆ由电机定子电流、电机转速以及??转子磁链位置三者共同决定，具体表达式为：??（ｉｋ，?（〇ｍ?）?＋Ｓｉｄｚ?（ｉｋ）ｃｏｓ（９ｍ－６ｚ）?ｇ??？〇?＋５?々２（浐）ｃｏｓ?（Ｋ）??式中：民为电压矢量角度信息。??稳态情况下保持恒定，此时式（８）表现??为恒定偏移量和恒定幅值振荡量之和。图３为各??电压矢量对应电流变化量矢量关系。??Ｉ??—？?Ａｒ??Ｓｉ＝??－＊?ｓｒ??图３电压矢量对应电流变化量关系??Ｆｉｇ．?３?Ｔｈｅ?ｖｏｌｔａｇｅ?ｖｅｃｔｏｒ?ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｓ?ｔｏ?ｔｈｅ?ｃｕｒｒｅｎｔ?ｖａｒｉａｔｉｏｎ??４．２全局电流变化量更新原理??全局电流变化量计算利用最近３次实际输出??电压矢量产生的电流变化量信息，在每个控制周??期对全部７个电压矢量对应电流变化量进行计算??与更新。令逆变器输出的最近三电压矢量序列为??Ｂ？＝［ｈ：〇３）?？２（ｆ２）?？－’〇，）］，其中为最近一次更??新的电压矢量，Ｖ（ｔ３）为序列中最久更新的电压矢??量，即电压矢量序列构建需满足以下两点??要求：序列中三电压矢量须各不相同；三电压矢量??序列满足先进先出更新原则。??基于上述原则，三电压矢量序列共包含７！＝??２１０种组合。假定最近一次更新的中ｚ＝ｌ，其??最近三电压矢量序列组合关系见图４。??３＼?／２?３＼?／２??４．－ＶＬｈ４＾＿＾ｉ４??⑷序列Ｉ?（ｂ）序列２?（ｃ）序列３?（ｄ）
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于无模型预测控制的PMSM鲁棒调速系统[J]. 曹晓冬,杨世海,陈宇沁,方磊. 电力电子技术. 2019(10)
[2]基于间接式矩阵变换器的优化模型预测控制[J]. 朱维钧,朱伟江,周年光,刘海峰,范东海. 电气传动. 2018(12)
[3]模型预测控制——现状与挑战[J]. 席裕庚,李德伟,林姝. 自动化学报. 2013(03)
本文编号：3334335
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