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異步電機模型預測電流控制(MPCC)

無差拍主要用在一拍延遲補償那,區別也在那。導讀:本期主要是介紹模型預測電流控制。模型預測電流控制主要包括:轉速環、磁鏈環、磁鏈觀測器、預測模型和代價函數。如果需要MPCC模

無差拍主要用在一拍延遲補償那,區別也在那。


導讀:本期主要是介紹模型預測電流控制。模型預測電流控制主要包括:轉速環、磁鏈環、磁鏈觀測器、預測模型和代價函數。

如果需要MPCC模型,關註微信公眾號:淺談電機控制,獲取。


圖1異步電機模型預測電流控制系統的結構框圖

異步電機模型預測電流控制系統的結構框圖如圖1所示。該控制系統與傳統的FOC 控制系統相比,利用模型預測電流控制單環電流控制器替代瞭傳統矢量控制的兩個電流內環和電壓調制環節。所以整個系統中較為關鍵的部分有內環的模型預測電流控制器、外環的轉速環和磁鏈環、磁鏈觀測器。

模型預測電流控制作為一種最優化控制方法,建立在以狀態空間法為手段的現代控制理論基礎上,其基本思想就是考慮到電力電子變換器或調速系統最終的控制目標歸結為對電力電子變換器開關信號的控制,而變換器的離散開關狀態組合是有限的,所以在每一個采樣時刻,利用被控系統的數學模型及系統當前和過去的狀態信息,就可以對未來一定時間段內變換器每個開關狀態組合對應的控制變量及系統的輸出響應和性能進行預測,然後根據電流控制目標函數選擇最佳的開關狀態組合作用於變換器,提前校正系統偏差以獲得期望的性能。

一、定子電流預測

代價函數由速度環和磁鏈環得到的電流與預測的電流組成,如下式(1)所示:

(1)

二、一拍延遲補償

本應在當前k時刻作用的電壓矢量要到下一時刻(k+1)時刻才會被更新輸出。為消除一拍延遲的影響,控制器可以采用超前一步確定(k+1)時刻電壓矢量的方式對延遲進行補償。

2.1消除一拍延遲的影響

(1)按照公式(1)預測(k+1)時刻的狀態變量;

(2)在(k+1)時刻狀態變量的基礎上,對(k+2)時刻的狀態變量進行預測;

(2)

(3)基於(k+2)時刻的狀態變量求電壓矢量

另:(k+1)時刻的轉子磁鏈和定子電壓進行無差拍補償處理:

三、仿真驗證

圖2 MPCC系統整體仿真(a)無一拍延遲補償 (b)有一拍延遲補償

圖3電流、轉速、轉矩和磁鏈的跟蹤情況

(a)無一拍延遲補償 (b)有一拍延遲補償

圖4 A相電流

四、總結

為實現感應電機定子電流的轉矩分量和勵磁分量的解耦控制,並對內環電流用較為簡單的控制結構進行控制來獲得較好的動態性能,本文研究瞭基於磁場定向的感應電機模型預測電流控制。模型預測電流控制發揮瞭其在滾動優化、多變量、多約束等控制優勢和多目標控制的靈活性,基於轉子磁場定向概念的電流控制可以來實現電機轉矩,磁鏈分別控制目的,利用多輸入、多輸出的模型預測控制器替換瞭經典磁場定向控制的雙內環電流控制器,采用定子電流來建目標函數,通過模型預測和目標最優對直接選擇開關組合狀態,不需要電壓調制環節,控制結構簡單。

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