《低開關頻率三電平感應電機驅動系統最優預測控制研究》是依託北京科技大學，由齊昕擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：低開關頻率三電平感應電機驅動系統最優預測控制研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：齊昕
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在低開關頻率下既削弱電流諧波,又能使系統具有快速回響能力，是當前高性能大功率變頻系統研發的一大難題。本項目擬從感應電機驅動系統的物理本質出發，基於電機的連續特性和逆變器的離散特性，探索具有高動態性能的中高功率感應電機系統預測控制方法：分析模型簡化對預測控制性能的影響，綜合考慮計算量問題，推導易於工程實現的高抗干擾感應電機定子電流精確預測模型；依據三電平逆變器的結構特點設計系統約束，並將其與算法有機融合，把預測控制推廣到三電平逆變系統；基於直觀的電流諧波邊界圓限定法抑制電流畸變，規避多個權值調節的問題；通過實驗探明邊界圓與電流諧波之間的數學關係，研究邊界圓與逆變器開關頻率間的內在聯繫，揭示最優預測控制的工作機理；開發柔性實驗平台，採用仿真與實驗相結合的方法測試算法性能。本項目可以為中高功率感應電機驅動系統降低開關頻率的問題提供一些具有工程實用價值的新方法。
結題摘要
常規SPWM或SVPWM的周期固定，不隨基波周期、相位變化而變化，隨著開關頻率的降低，諧波不斷增大，導致電機系統無法工作。最優脈寬調製策略雖然可以降低開關頻率，但大都需要離線計算，動態特性不高，而且不易與矢量控制結合使用。在低開關頻率下既削弱電流諧波,又能使系統具有快速回響能力，是當前高性能大功率變頻系統研發的一大難題。本課題從感應電機驅動系統的物理本質出發，基於電機的連續特性和逆變器的離散特性，探索具有高動態性能的中高功率感應電機系統預測控制方法，完成了如下幾方面內容的研究：
1、完成了具有高抗干擾性能的感應電機定子電流精確預測模型建模
2、完成了帶有直接系統約束的三電平逆變器感應電機預測控制算法
3、完成了電流諧波邊界圓限定方法降低逆變器開關頻率的工作機理分析
4、完成了電流預測精確模型與最優預測控制算法的融合以及算法測試
課題順利研發了7.5KW的三電平交流電機控制驅動柔性實驗平台，可以通過更換上層DSP核心板，更換核心微處理器，方便測試不同性能微處理器的控制效果。電流採樣電路也採用模組化設計，方便依據實驗電機的電流範圍更換。
基於本課題的研究成果，發表期刊論文4篇，其中SCI論文1篇，EI期刊論文3篇。培養碩士研究生總計5人，其中4名碩士研究生已經順利畢業，1人在讀；博士研究生1人在讀。
基於本課題研究積極開展國內外學術交流活動，2016年、2017年兩次邀請預測控制的發明者，IEEE life Fellow德國Wuppertal大學的Holtz教授來校指導本項目，兩次合計40餘天，向我們傳授了相應的測試以及實驗技巧並解決實驗過程中的關鍵問題。2016年舉辦了“大功率驅動系統的新技術”的學術研討會，邀請Holtz教授、清華李永東教授、中科院溫旭輝教授分別作了專題報告。2017年，舉辦了“永磁同步電機的無感測器驅動技術”學術研討會，由Holtz教授作為主講人。兩次研討會不僅吸引了清華大學、中科院、北理工、北交大、北科大、北航、北工大、山東大學、上海大學以及浙江大學的師生，還有西門子、英飛凌、鐵道科學研究院、北京二七機車所等業界的專家工程師前來交流。 本課題不但為中高功率感應電機驅動系統降低開關頻率的問題提供了一些具有工程實用價值的新方法，而且促進了本研究領域同行之間的學術交流，促進了行業的發展。
