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改进的不对称三电平快速模型预测控制算法

电测与仪表 2024年第9期61卷 190-196页

作者：张大维尹渭贾慧章迅杨鑫邱晓初国网上海市电力公司电力科学研究院上海200051 西华大学电气与电子信息学院成都610039

针对多电平并网逆变器拓扑结构复杂、算法运算量大的问题,提出了一种新的非对称三相三电平拓扑结构及其改进的快速模型预测控制(fast model predictive contol,F-MPC)算法,与传统三电平逆变器拓扑结构相比具有更少的箝位器件,提高了系... 详细信息

针对多电平并网逆变器拓扑结构复杂、算法运算量大的问题,提出了一种新的非对称三相三电平拓扑结构及其改进的快速模型预测控制(fast model predictive contol,F-MPC)算法,与传统三电平逆变器拓扑结构相比具有更少的箝位器件,提高了系统的可靠性,降低了所需空间及成本;所提算法由于不用计算全部矢量的代价函数,大大缩短了计算时间,提高系统的响应速度。在MATLAB仿真模型和小型实验平台得到的结果验证了所提拓扑结构和算法的合理性及有效性。

关键词：并网多电平逆变器不对称拓扑快速模型预测控制代价函数

车联网环境下车辆最优车速闭环快速模型预测控制

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中国机械工程 2017年第10期28卷 1245-1252页

作者：邱利宏钱立军杜志远王金波合肥工业大学汽车与交通工程学院合肥230009 克莱姆森大学国际汽车研究中心格林威尔29607

为解决智能交通系统中多辆车的最优车速预测问题,提高车辆燃油经济性及控制算法的执行效率,提出一种基于交通信号灯正时(SPAT)的方法来计算目标车速范围,避免车辆红灯停车;提出基于最优巡航车速和最优加速度跟随的模型预测控制建模方法... 详细信息

为解决智能交通系统中多辆车的最优车速预测问题,提高车辆燃油经济性及控制算法的执行效率,提出一种基于交通信号灯正时(SPAT)的方法来计算目标车速范围,避免车辆红灯停车;提出基于最优巡航车速和最优加速度跟随的模型预测控制建模方法;提出考虑效率反馈的闭环车速预测控制方法并采用快速模型预测求解最优目标车速。基于云计算的软件在环仿真结果表明,提出的控制方法可以避免车辆红灯怠速以及发生碰撞;相比于基准方法 1和基准方法 2,平均燃油经济性分别提高6.44%和37.1%;相比于基准方法1,系统平均驱动效率提高7.13%;快速模型预测程序执行效率为模型预测的13倍,且每一步长的实际计算时间小于计算步长,可以实现实时控制。

关键词：车联网车速预测快速模型预测控制闭环控制云计弇

共模电压减小的五电平ANPC快速模型预测控制

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电力电子技术 2022年第2期56卷 38-42页

作者：王晓筠王群京胡存刚郑常宝安徽大学电气工程与自动化学院安徽合肥230601 工业节电与电能质量控制安徽省级协同创新中心(安徽大学) 安徽合肥230601 教育部电能质量工程研究中心(安徽大学) 安徽合肥230601 工业节电与用电安全安徽省重点实验室(安徽大学) 安徽合肥230601

针对三相五电平有源中点箝位型(ANPC)逆变器共模电压和电容电压平衡问题,提出了一种具有共模电压减小的快速模型预测控制(MPC)策略。首先,通过建立变换器输出共模电压的数学模型,舍去对共模电压影响较大的电压空间矢量,有效抑制了共模... 详细信息

针对三相五电平有源中点箝位型(ANPC)逆变器共模电压和电容电压平衡问题,提出了一种具有共模电压减小的快速模型预测控制(MPC)策略。首先,通过建立变换器输出共模电压的数学模型,舍去对共模电压影响较大的电压空间矢量,有效抑制了共模电压的脉动;在此基础上通过扇区划分,减少了控制集内的电压矢量数;然后根据悬浮电容电压采样值选择合适的开关状态,控制了悬浮电容电压的平衡。最后,将负载电流和上、下直流母线电容电压值作为预测模型的输入,选择价值函数最小的开关状态作为控制器的输出。此方法在平衡电容电压和减小共模电压脉动的基础上,降低了价值函数构建的复杂性,减小了控制器的计算量,提高了计算效率。

关键词：有源中点箝位型逆变器共模电压快速模型预测控制

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气动位置伺服系统的快速模型预测控制

机床与液压 2005年第1期33卷 105-107页

作者：吴涛王占林北京航空航天大学自动化与电气工程学院北京100083

本文对开关阀和带制动气缸组成的位置控制系统建立数学模型, 提出了一种快速模型预测控制的算法来研究气动位置伺服系统的闭环Bang-Bang实时控制, 通过仿真验证了该算法具有良好的动态特性和鲁棒性。

关键词：气动伺服系统 Bang—Bang控制快速模型预测控制

三电平ANPC变换器快速模型预测控制策略研究

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电力电子技术 2020年第4期54卷 103-106页

作者：吴琪胡存刚张云雷纪林祥安徽大学电气工程与自动化学院安徽合肥230601 安徽省工业节电与电能质量控制协同创新中心(安徽大学) 安徽合肥230601 教育部电能质量工程研究中心(安徽大学) 安徽合肥230601 安徽大学电子信息工程学院安徽合肥230601

针对有限控制集模型预测控制(MPC)策略在多电平变换器中预测模型和价值函数在线计算量大的不足,提出一种快速有限控制集MPC策略。该算法分两步预测,第一步根据价值函数代入6个正小矢量计算,从中选择一个值最小的正小矢量;第二步根据第... 详细信息

针对有限控制集模型预测控制(MPC)策略在多电平变换器中预测模型和价值函数在线计算量大的不足,提出一种快速有限控制集MPC策略。该算法分两步预测,第一步根据价值函数代入6个正小矢量计算,从中选择一个值最小的正小矢量;第二步根据第一步计算出的价值函数最小的正小矢量,计算以该正小矢量为中心的四边形矢量的价值函数,最终选择一个最小的值作为输出矢量,这样大幅降低计算量,提高计算效率。最后,通过仿真和实验验证了该控制策略的可行性与有效性。

关键词：变换器有源中点箝位价值函数快速模型预测控制

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MMC简化有限集快速模型预测控制

电力电子技术 2015年第11期49卷 60-62页

作者：殷实谭国俊中国矿业大学信息与电气工程学院江苏徐州221116

模块化多电平换流器(MMC)作为中高压大功率电能传输领域核心环节,其控制性能是衡量系统品质重要指标。为解决矢量控制与现代控制理论应用于复杂多电平换流器中时存在的动态性能差,控制器参数鲁棒性弱,可实现度低的问题,提出一种简化有... 详细信息

模块化多电平换流器(MMC)作为中高压大功率电能传输领域核心环节,其控制性能是衡量系统品质重要指标。为解决矢量控制与现代控制理论应用于复杂多电平换流器中时存在的动态性能差,控制器参数鲁棒性弱,可实现度低的问题,提出一种简化有限集快速模型预测控制(RFS-FMPC)策略。建立系统离散域数学模型,以MMC输出电压等级为变量,对系统未来状态进行预测,重构目标方程,在线优化并拾取最优子模块投切状态,以满足系统的多约束、多目标、并行优化的控制需求。最后实验验证了所提控制方法的可行性和有效性。

关键词：换流器模块化多电平简化有限集快速模型预测控制

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考虑非线性因素的结构振动快速模型预测控制

考虑非线性因素的结构振动快速模型预测控制

作者：李飞大连理工大学

学位级别：硕士

在土木工程实际应用中,结构振动主动控制往往涉及物理受限、时滞、不确定干扰及非线性等问题,这使得研究考虑诸类问题的控制算法变得很有意义。近年来,模型预测控制因其在处理约束控制问题的优势而备受关注。本文分别针对考虑输入受限... 详细信息

在土木工程实际应用中,结构振动主动控制往往涉及物理受限、时滞、不确定干扰及非线性等问题,这使得研究考虑诸类问题的控制算法变得很有意义。近年来,模型预测控制因其在处理约束控制问题的优势而备受关注。本文分别针对考虑输入受限和局部非线性的结构振动主动控制问题提出快速模型预测控制方法。具体的研究工作如下:针对输入受限非线性因素,提出考虑输入受限大规模结构振动的快速模型预测控制。首先根据二阶结构动力学微分方程,推导了Newmark-β法动力显式表达式。然后基于参变量变分原理,将传统输入受限模型预测控制的线性二次规划问题转化为线性互补问题,并利用Newmark-β法动力显式表达式的物理意义,通过求解一次线性互补问题和一次瞬态分析来计算所预测的最优控制力,该过程既确保了在线计算时间,也极大地提高了离线计算效率,并显著降低了运行内存。最后以一个平面毗邻框架建筑结构为例进行数值仿真,结果表明:本文所提出的考虑输入受限快速模型预测控制能够有效抑制结构的振动,且计算效率高、鲁棒性良好,适用于大规模结构振动控制问题的求解。针对结构自身局部非线性因素,提出考虑局部非线性结构振动的快速模型预测控制。首先利用Newmark-β法,推导了局部非线性结构动力响应的时域递推表达式。然后基于该递推表达式,一方面推导了局部非线性结构时域显式降维迭代方法,避免了在获取预测初始状态时直接对非线性方程的所有维度完全迭代求解,显著提高了迭代计算效率;另一方面建立了考虑局部非线性结构振动控制的预测模型,并进一步结合最优控制思想及变分原理,求得所预测的最优控制力。最后分别以局部非线性弹簧振子系统在简谐激励作用下的动力学分析和含粘滞阻尼器毗邻框架建筑结构在地震激励作用下的振动控制为例进行了数值仿真,结果表明:本文所提出的考虑结构局部非线性模型预测控制算法计算准确且控制效果令人满意。

关键词：输入受限局部非线性快速模型预测控制动力显式表达式降维迭代

三电平ANPC变换器的模型预测控制策略研究

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三电平ANPC变换器的模型预测控制策略研究

作者：吴琪安徽大学

学位级别：硕士

三电平有源中点钳位变换器(ANPC)具有三相输出的电压谐波畸变率低、开关器件耐压值小与功率密度高等优势,降低了变换器的成本和设备的体积。目前被广泛用在中高压大功率设备中。本文针对传统的模型预测控制算法作用于三电平ANPC时,每个... 详细信息

三电平有源中点钳位变换器(ANPC)具有三相输出的电压谐波畸变率低、开关器件耐压值小与功率密度高等优势,降低了变换器的成本和设备的体积。目前被广泛用在中高压大功率设备中。本文针对传统的模型预测控制算法作用于三电平ANPC时,每个开关周期滚动优化都要计算全部的电压矢量,导致控制器的计算量大,针对该问题进行研究。论文的主要内容有:1.简述了三电平ANPC变换器的工作原理,构建了三电平ANPC变换器与空间电压矢量数学模型,并且对该模型进行了离散化。2.阐述了课题组搭建了基于DSP+CPLD控制单元的多电平ANPC变换器实验平台,本文提出两种改进的模型预测控制方法都是在此实验平台上验证的。3.三电平ANPC变换器传统模型预测算法每滚动一次就要计算27个电压矢量,从中选择一个最优解,这样就需要占有控制器很大的资源并且程序执行时间长。针对这个的不足提出一种改进的模型预测算法控制。结合虚拟空间矢量的算法,从而让有限控制集内的27个电压矢量减少到21个电压矢量,减少了每次滚动优化的矢量个数,最终提高计算的速度的同时减少对控制器资源的消耗,提高效率。此算法通过了仿真和试验的验证。4.在前面的基础上提出另一种更快速的模型预测控制策略,此方法分两步预测,第一步根据价值函数代入6个正小矢量计算,从中选择一个价值函数最小的;第二步根据第一步计算出价值函数最小的正小矢量,计算以该正小矢量为中心的四边形内所有的矢量价值函数,最终选择一个最小的值作为输出矢量,这样大幅度的降低计算量,提高计算效率。此算法通过了仿真和试验的验证。

关键词：三电平变换器有源中点钳位快速模型预测控制价值函数虚拟磁链

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单相九电平逆变器模型预测控制策略研究

单相九电平逆变器模型预测控制策略研究

作者：李友光安徽大学

学位级别：硕士

随着新能源发电、微电网、新能源汽车等领域的快速发展,单相多电平逆变器得到了越来越多的关注和研究。然而很早提出的较低电平逆变器已不能满足日益严格的应用要求。为了提高单相多电平逆变器输出波形质量等性能指标,单相高阶多电平逆... 详细信息

随着新能源发电、微电网、新能源汽车等领域的快速发展,单相多电平逆变器得到了越来越多的关注和研究。然而很早提出的较低电平逆变器已不能满足日益严格的应用要求。为了提高单相多电平逆变器输出波形质量等性能指标,单相高阶多电平逆变器应运而生。单相九电平逆变器的谐波少、开关电压应力小、共模电压小、开关频率低,可以满足更高的性能指标要求。本文针对单相九电平逆变器飞跨电容电压均衡问题和控制策略复杂问题进行了研究。论文的主要内容有:1.叙述了多电平逆变器的发展背景和研究意义,分析了典型多电平逆变器拓扑结构和多电平逆变器控制策略,总结了单相多电平逆变器的研究现状和关键问题。2.介绍了采用模块化设计方法的多电平变换器实验平台。分析了实验平台各个硬件模块的工作原理和DSP+CPLD的软件设计流程,为单相九电平逆变器控制策略的实验研究打下良好基础。3.简述了单相九电平逆变器的工作原理和电压矢量模型并对拓扑模型进行离散化。4.针对单相九电平逆变器飞跨电容电压均衡问题研究了一种飞跨电容电压估算方法,无需价格高昂的电压传感器即可实现飞跨电容电压控制。在此基础上进一步研究了母线电容电压控制策略和输出电流控制策略。该算法与常规均衡算法相比降低了逆变器的成本和体积,解决了飞跨电容电压传感器易受噪声影响的问题,简化了系统的结构设计。最后通过仿真和实验对提出算法进行了验证。5.在上述研究基础上,针对单相高阶多电平模型预测控制策略计算繁琐的问题,提出了一种快速模型预测控制策略。该算法减少了滚动优化所需计算的电压矢量数量,减轻了系统的计算负担,提高了算法的计算效率,降低了主控芯片资源的消耗。最后通过仿真和实验对提出的算法进行了验证。

关键词：单相九电平逆变器均衡控制快速模型预测控制计算时间