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电压源逆变器混合多矢量预测共模电压抑制方法

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仪器仪表学报 2019年第9期40卷 237-245页

作者：李琰琰晋玉祥郭磊磊罗魁郑州轻工业大学电气信息工程学院郑州450002 国网河南省电力公司许昌供电公司许昌461000 新能源与储能运行控制国家重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 北京100192

近年来,为了减小共模电压对电压源逆变器的影响,模型预测共模电压抑制方法得到广泛研究。然而,常规的电压源逆变器模型预测共模电压抑制方法每个控制周期仅采用一个非零电压矢量作用,导致其电流谐波较大。为此,提出了一种混合多矢量模... 详细信息

近年来,为了减小共模电压对电压源逆变器的影响,模型预测共模电压抑制方法得到广泛研究。然而,常规的电压源逆变器模型预测共模电压抑制方法每个控制周期仅采用一个非零电压矢量作用,导致其电流谐波较大。为此,提出了一种混合多矢量模型预测共模电压抑制方法。首先给出了所提多矢量模型预测共模电压抑制方法的实现原理。其次详细分析了死区和电流纹波对共模电压的影响,并进一步对所提多矢量法进行改进。改进的方法在电流扇区7内使用单个非零电压矢量作用,而在其他扇区内使用多个非零电压矢量作用,从而不仅可以完全将共模电压限制在±Vdc/6之内,而且可以减小电流的总谐波畸变率。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。

关键词：电压源逆变器多矢量模型预测控制共模电压抑制

混合励磁轴向磁场磁通切换永磁电机多矢量模型预测电流控制

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中国电机工程学报 2023年第13期43卷 5218-5228页

作者：林克曼徐磊刘浩林明耀范文杰蔡晓磊河海大学能源与电气学院江苏省南京市211110 江苏大学电气信息工程学院江苏省镇江市212013 东南大学电气工程学院江苏省南京市210096

混合励磁轴向磁场磁通切换永磁(hybridexcitation axial field flux-switching permanent magnet,HEAFFSPM)电机是一种具有高效率、高功率密度、宽调速的新型永磁同步电机。该文针对该类混合励磁轴向磁场永磁电机的电励磁磁场与电枢磁... 详细信息

混合励磁轴向磁场磁通切换永磁(hybridexcitation axial field flux-switching permanent magnet,HEAFFSPM)电机是一种具有高效率、高功率密度、宽调速的新型永磁同步电机。该文针对该类混合励磁轴向磁场永磁电机的电励磁磁场与电枢磁场矢量耦合、参数非线性等问题,提出一种多矢量模型预测电流控制策略。详细分析电励磁磁场与电枢磁场耦合机理,构建HEAFFSPM电机离散数学模型。在此基础上,基于三矢量电流模型预测方法,提出电枢电压矢量与励磁电压矢量合成方法。在每个采样周期内,将多个基本电压矢量合成为两个幅值和方向均可调的虚拟电压矢量,实现对交、直轴电流与励磁电流的无差拍控制,有效缓解了电枢与励磁独立控制下磁场耦合导致的驱动系统运行性能恶化、电流畸变等问题,提高了HEAFFSPM电机控制系统的控制精度和响应速度。最后,通过实验验证所提出的多矢量模型预测电流控制策略的有效性。

关键词：混合励磁轴向磁场永磁电机多矢量模型预测电流控制

多矢量推进水下航行器深度分组控制数学建模分析

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舰船科学技术 2019年第22期41卷 19-21页

作者：历天宝长春工业大学人文信息学院吉林长春130122

传统水下航行器控制模型分析算法缺少对矢量动力参数的模型分析计算逻辑,因此造成控制模型分组参量关系分析不足,导致水下航行器控制动力输出量出现偏差的问题。因此,提出多矢量推进水下航行器深度分组控制数学建模分析。通过引入非线... 详细信息

传统水下航行器控制模型分析算法缺少对矢量动力参数的模型分析计算逻辑,因此造成控制模型分组参量关系分析不足,导致水下航行器控制动力输出量出现偏差的问题。因此,提出多矢量推进水下航行器深度分组控制数学建模分析。通过引入非线性适量运动算法,对水下航行器矢量推进下的运动进行数学模型建立分析;得到运动参数后,引入动力分组控制算法,根据计算得到的运动参数,对水下航行器进行深度分组控制模型的建立计算,从而得到准确的控制参量。最后,通过设计的仿真实验对上述分析结果进行准确性验证,证明提出方法的可行性。

关键词：多矢量水下航行器深度分组控制数学建模

电容均压三相四开关整流器多矢量模型预测控制

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中国电力 2019年第10期52卷 45-53,99页

作者：章宝歌马伟杰兰州交通大学自动化与电气工程学院甘肃兰州730070 光电技术与智能控制教育部重点实验室甘肃兰州730070 甘肃省轨道交通电气自动化工程实验室甘肃兰州730070

三相四开关整流器因其交流侧某一相直接连接在直流侧两电容中性点之间,存在着电容电压不平衡问题。为了保证电容电压平衡,且进一步提高三相四开关整流器控制系统的稳态性能,提出了一种电容均压的多矢量模型预测控制(multi-vector model ... 详细信息

三相四开关整流器因其交流侧某一相直接连接在直流侧两电容中性点之间,存在着电容电压不平衡问题。为了保证电容电压平衡,且进一步提高三相四开关整流器控制系统的稳态性能,提出了一种电容均压的多矢量模型预测控制(multi-vector model predictive control, MVMPC)策略。针对三相四开关整流器无零矢量问题,建立等效零矢量模型;为保证直流电压的稳定,采用参考功率补偿策略来平衡直流侧电容电压;多矢量模型预测控制方面,每个采样周期选取两个基本电压矢量和一个等效零矢量,这使得等效合成矢量方向幅值均可调,扩大了等效合成矢量的作用范围,提高了系统的控制精度。仿真结果表明,电容均压多矢量模型预测控制策略能使三相四开关整流器可靠稳定地运行,对功率、网侧电流、直流侧电容电压等有着良好的控制效果;与传统的模型预测控制策略(conventional model predictive control, CMPC)相比,所提控制策略具有更小的功率脉动以及更低的电流谐波含量,且开关频率恒定,谐波电流分布规律。

关键词：变换器建模与控制模型预测控制代价函数时间优化多矢量三相四开关整流器电容电压平衡

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永磁同步电机模糊多矢量模型预测控制

电气工程学报 2022年第4期17卷 181-192页

作者：周立苏美霞王杰辽宁工程技术大学电气与控制工程学院葫芦岛125105

针对传统模型预测控制中采用一个最优电压矢量存在抖动的问题,提出了一种基于模糊逻辑的多矢量有限控制集模型预测控制(Multi-vector finite control set model predictive control,MV-FCS-MPC)方案。所提方法基于离散空间矢量调制(Disc... 详细信息

针对传统模型预测控制中采用一个最优电压矢量存在抖动的问题,提出了一种基于模糊逻辑的多矢量有限控制集模型预测控制(Multi-vector finite control set model predictive control,MV-FCS-MPC)方案。所提方法基于离散空间矢量调制(Discrete space vector modulation,DSVM),利用变换器的实际电压矢量和新的虚拟电压矢量,合成并选择每个采样周期的开关序列,提高稳态性能。考虑到传统模型预测控制存在的运算量大,提出了基于无差拍函数直接从参考电流获得参考电压矢量的方法,减少了所提方法的计算量。针对传统PI控制无法适应外部扰动和参数变化对系统的影响,在外环速度中采用了模糊逻辑控制器来控制转子的转速,从而提高了速度的动态响应,避免了PI控制器整定的困难。通过仿真和试验并与传统的FCS-MPC方法进行了比较,表明所提方法动静态性能良好,鲁棒性强。

关键词：模型预测控制模糊控制多矢量无差拍函数永磁同步电机

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双馈异步风力发电系统模型预测控制策略研究

双馈异步风力发电系统模型预测控制策略研究

作者：王子豪重庆理工大学

学位级别：硕士

当前我国可再生能源产业大力发展,双馈异步风力发电机凭借其可靠性高、换流器体积小和良好的有功、无功功率独立调节能力等优点成为风能开发中的主流机型。实现双馈异步风力发电系统稳定运行的关键是对转子侧与网侧变换器的有效控制,因... 详细信息

当前我国可再生能源产业大力发展,双馈异步风力发电机凭借其可靠性高、换流器体积小和良好的有功、无功功率独立调节能力等优点成为风能开发中的主流机型。实现双馈异步风力发电系统稳定运行的关键是对转子侧与网侧变换器的有效控制,因此有学者将有限集模型预测控制策略应用于双馈异步风力发电系统以进一步优化运行控制,并取得了良好的实验效果。然而传统模型预测控制策略存在控制精度低、计算复杂度高和依赖精确模型等问题,使其在实际应用中面临众多挑战,故本文针对双馈异步风力发电系统的模型预测控制策略进行深入研究并改进。首先,阐述文章研究背景及意义,介绍主流的双馈异步风力发电系统控制策略,以及学界对模型预测控制策略与电机参数在线辨识算法的研究状况。并对双馈异步风力发电系统中风力机与双馈电机建模分析,分别研究转子侧与网侧变换器的数学模型及其模型预测控制策略,为后续优化控制策略提供基础。其次,为解决传统模型预测控制策略需要较高采样频率才能达到较好控制效果的问题,研究基于枚举法的多矢量模型预测控制,通过在一个周期内作用多个电压矢量提高控制效果,并将基于枚举法的单、双、三矢量模型预测控制进行仿真对比,分析增加作用矢量对控制效果的改善程度。再次,模型预测控制策略在线计算量较大,过重的运算负担将加剧数字控制的延时问题,影响系统控制效果。因此研究基于快速矢量筛选的单、双、三矢量模型预测控制。仿真结果证明在保证原有控制效果的基础上,基于快速矢量筛选的模型预测控制均减少了滚动寻优次数和在线计算量。此外,模型预测控制策略对受控量未来时刻值进行预测时需要电机参数参与运算,而预测值精确度高度依赖模型准确度。电机长时间运行、参数发生变化时,模型失配问题将直接干扰预测值并导致控制性能下降。因此研究带遗忘因子的递推最小二乘法在线辨识双馈电机参数,并将辨识结果输入至模型预测控制器中,实时修正预测模型,以达到提升系统参数鲁棒性的目的。最后,基于RT-LAB平台对双馈异步风力发电系统控制策略进行验证,实验结果显示所研究的双馈异步风力发电系统控制策略均能实现较好的控制效果,验证了改进控制策略的可行性与有效性。

关键词：双馈异步风力发电系统模型预测控制多矢量快速矢量筛选参数辨识

基于LQR模型的永磁同步电机模型预测控制策略研究

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基于LQR模型的永磁同步电机模型预测控制策略研究

作者：郭昕长春工业大学

学位级别：硕士

永磁同步电机因其效率高、可靠性强等优势,已在工业界得到广泛应用。与此同时,各类复杂工况对永磁同步电机的性能要求也在不断地提高。因此,研究高效的控制算法来弥补电机自身的不足,提升系统性能,成为目前永磁同步电机控制领域的研究... 详细信息

永磁同步电机因其效率高、可靠性强等优势,已在工业界得到广泛应用。与此同时,各类复杂工况对永磁同步电机的性能要求也在不断地提高。因此,研究高效的控制算法来弥补电机自身的不足,提升系统性能,成为目前永磁同步电机控制领域的研究重点。其中,模型预测控制算法简单有效且能够实现多目标、多约束协同控制,得到了广泛关注。在模型预测控制中模型的选择至关重要,为增强电流环控制效果,提高永磁同步电机的整体性能,本文采用永磁同步电机LQR模型,在有限控制集模型预测电流控制算法的基础上做出改进,研究内容主要包括以下几个方面:(1)基于永磁同步电机的结构特点和LQR模型的基本原理,建立了在两相旋转坐标系下基于LQR模型的永磁同步电机数学模型。在传统模型预测电流控制基本原理的基础上,改进延时补偿方式,为后文的研究提供理论支撑。(2)提出了基于新型代价函数的模型预测电流控制方法来提高电流预测精度,改善电流波动较大的问题,提升电机系统稳态性能。文中分别分析了代价函数中q轴权重系数和实际稳态电流误差对系统性能指标带来的影响,基于粒子群优化q轴电流跟踪成本项的权重系数,考虑电流实际稳态误差,设计了基于LQR模型的新型代价函数。最后,仿真和实验结果都表明了该方法能够有效减小电流和转速稳态误差。(3)随后,针对模型预测电流控制效果对电机模型精确度的依赖性较强问题,结合参数辨识与扰动估计两种方式,提升永磁同步电机LQR模型的适配度,进而增强系统鲁棒性。首先分别从参数敏感性和电机参数失配两个方面进行了理论和仿真分析。其次,进行了参数辨识与扰动估计相结合的LQR模型设计。最后,仿真和实验证明所提出的方案能够削弱模型失配带来的性能下降,可以切实地提升系统抗负载扰动性能。(4)在以上基础上进行拓展,设计了基于预测反演的多矢量LQR模型预测电流控制算法,有效解决了在模型预测电流控制应用于电机时电流谐波较大的问题,进一步地提升电流环性能。依次阐述了在模型预测电流控制中实现电压矢量的大小可调、方向可变的方法,并在理论分析的基础上,提出以预测反演的方法简化算法流程的思路。后续的仿真和实验结果都表明该方法在降低算法复杂度的同时,能够有效抑制电流谐波。

关键词：永磁同步电机模型预测电流控制多矢量代价函数优化 LQR模型

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星敏感器姿态测量算法研究

系统工程与电子技术 2023年第3期45卷 822-830页

作者：段辉周召发张志利徐志浩郝诗文曾进火箭军工程大学导弹工程学院陕西西安710025 火箭军工程大学兵器发射理论和技术国家重点学科实验室陕西西安710025 飞行自动控制研究所惯性技术航空科技重点实验室陕西西安710065

针对传统矢量定姿方法精度较低的问题,研究了主流的星敏感器多矢量天文定姿算法,从理论上对奇异值分解(singular value decomposition,SVD)算法、双矢量定姿加研究背景算法、最小二乘(least square,LS)算法、四元数估计(quaternion esti... 详细信息

针对传统矢量定姿方法精度较低的问题,研究了主流的星敏感器多矢量天文定姿算法,从理论上对奇异值分解(singular value decomposition,SVD)算法、双矢量定姿加研究背景算法、最小二乘(least square,LS)算法、四元数估计(quaternion estimator,QUEST)算法和线性估计算法进行了详细推导。其中,线性估计算法先将各矢量对的坐标变换等式分散表示,推导出对应的四元数形式,再联立所有矢量的坐标变换等式,基于长方矩阵的Moore-Penrose伪逆运算对二次四元数矩阵方程线性化,再在此基础上考虑随机噪声的影响对一次四元数矩阵方程进行鲁棒性操作,具有良好的创新性与实用性。以最小化Wahba损失函数为目标,对定姿算法的性能进行对比分析。仿真和实验结果表明,线性估计算法较之于其余4种算法,具有更快的解算速度、更高的定姿精度。

关键词：星敏感器姿态确定线性估计多矢量

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单脉冲雷达多通道几何检测器

现代雷达 2023年

作者：梁璞范红旗付强杨烨中国人民解放军96747部队国防科技大学电子科学学院

传统的单脉冲雷达仅利用和通道信号来进行检测，这种检测方式对波束边缘处的目标检测性能损失较大。本文基于几何代数中多矢量的概念，提出单脉冲雷达多通道几何检测器，仿真表明，对比传统的和通道检测器，多通道几何检测器可显著提升... 详细信息

传统的单脉冲雷达仅利用和通道信号来进行检测，这种检测方式对波束边缘处的目标检测性能损失较大。本文基于几何代数中多矢量的概念，提出单脉冲雷达多通道几何检测器，仿真表明，对比传统的和通道检测器，多通道几何检测器可显著提升波束边缘处的目标检测概率。

关键词：单脉冲雷达波束边缘几何代数多矢量多通道几何检测器