《異步電機無速度感測器模型預測控制關鍵技術研究》是依託北方工業大學，由張永昌擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：異步電機無速度感測器模型預測控制關鍵技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張永昌
- 依託單位：北方工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
傳統的逆變器驅動異步電機調速系統將電機巨觀控制算法和逆變器PWM控制分開獨立設計，未能使控制系統的整體性能達到最優。本項目從電力電子變換器只存在有限個離散開關狀態這個角度出發，採用基於滾動最佳化理論的模型預測控制（MPC），在電機巨觀控制算法中將控制目標和逆變器開關狀態相結合併考慮各種非線性約束，實現對逆變器開關狀態的直接控制，使控制系統整體性能得到最大程度挖掘。首先，針對傳統MPC中的目標函式權重設計複雜的問題，提出實用的解決方法並研究如何在維持控制系統性能的同時降低開關頻率，以降低系統損耗。其次，為進一步提升控制性能，提出多矢量MPC並深入研究解決矢量選擇、矢量作用時間和矢量作用次序三個關鍵問題。最後，基於魯棒控制理論研究適用於MPC的無速度感測器技術。本項目的研究成果不僅能直接用於異步電機傳動以提高控制性能，而且能廣泛用於其他類型電機和變換器的控制，具有重要的理論意義和實用價值。
結題摘要
MPC具有原理簡單、魯棒性好、多變數控制和容易處理非線性約束等優點。過去受制於硬體計算能力，MPC在電力電子領域鮮有套用。直到近年來隨著微處理器計算能力的提高，MPC才引起了國內外學者和工業界的廣泛關注，被認為是繼矢量控制和直接轉矩控制之後的新一代高性能轉矩控制技術。但是，現有的MPC仍然存在一些關鍵理論和技術問題需要解決，包括計算量大、權重設計麻煩、魯棒性差、採樣頻率高、開關頻率不固定和穩態脈動大等問題。本項目針對上述問題進行了深入探索，突破了現有單矢量模型預測控制理論的局限，提出了多矢量模型預測控制的系統思想和框架，並解決了其計算量大、權重最佳化設計、無感測器運行和穩態性能提高等關鍵問題，在異步電機、永磁電機和雙饋電機等實際系統上得到了驗證。 針對傳統模型預測轉矩控制存在的計算量大、權重設計複雜和無速度感測器運行困難等問題，首先提出了一種無需複雜定子電流預測的改進模型預測控制，只需對定子磁鏈進行預測，使算法複雜性和計算量得到顯著降低，進一步採用速度自適應全階觀測器和模型預測控制相結合，實現了無速度感測器運行，系統可以穩定運行在0.5 Hz。其次提出了一種無需權重最佳化設計的改進MPTC，通過解析推導磁鏈和轉矩之間的關係將轉矩磁鏈控制轉化為對等效定子磁鏈矢量的控制，從而避開磁鏈權重設計，有效提高了MPTC的實用性。針對傳統模型預測轉矩控制(MPTC)存在的穩態性能差和開關頻率不固定等缺點，提出並建立了多矢量MPTC的系統創新方法，先後提出了非零矢量+零矢量的二矢量MPTC、矢量選擇和矢量時間同時最佳化的改進二矢量MPTC、基於任意雙矢量的廣義MPTC和三矢量MPTC等四種改進方法，能夠以降低一半的採樣頻率獲得30%以上的穩態性能提升，同時開關頻率恆定且更低，提高了系統效率。 基於以上研究成果，發表和接收SCI源刊論文17篇，EI源刊論文11篇，申請國家發明專利8項(授權5項)，在IEEE國際學術會議作口頭報告10次，獲得2013年國際電機與系統會議傑出論文獎。在機械工業出版社出版譯著《電機傳動系統控制》(國際電氣工程先進技術譯叢)和專著《異步電機無速度感測器高性能控制技術》(電力電子新技術系列圖書)。應邀在2014年第1屆電力電子技術及套用國際會議做3小時大會專題報告，系統介紹了多矢量MPC的思想和研究成果，引起國內外學者的廣泛關注.
