基于有源前端變流器的多電機(jī)系統(tǒng)有限狀態(tài)模型預(yù)測(cè)控制.pdf

1、基于有源前端變流器的多電機(jī)系統(tǒng)基于有源前端變流器的多電機(jī)系統(tǒng)有限狀態(tài)模型預(yù)測(cè)控制有限狀態(tài)模型預(yù)測(cè)控制FiniteControlSetModelPredictiveControlofActiveFrontEndConverterBasedMultimotSystem（申請(qǐng)工學(xué)博士學(xué)位）一級(jí)學(xué)科：電氣工程學(xué)科專業(yè)：電機(jī)與電器研究生：劉濤指導(dǎo)教師：夏長亮教授天津大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院二零一四年六月摘要采用有源前端（ActiveFrontEn

2、d，AFE）變流器和共直流母線技術(shù)的多電機(jī)系統(tǒng)在最近十幾年得到的飛速的發(fā)展，并將成為未來市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品。在多電機(jī)系統(tǒng)中，網(wǎng)側(cè)與電機(jī)側(cè)的變流器具有不同的控制目標(biāo)和控制算法，這將增加系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。而目前，有限狀態(tài)模型預(yù)測(cè)控制（FiniteControlSetModelPredictiveControl，F(xiàn)CSMPC）在AFE變流器以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中均得到了廣泛的研究，此算法利用對(duì)象數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)未來狀態(tài)，通過價(jià)值函數(shù)實(shí)現(xiàn)多變量優(yōu)化控制，在

3、未來多電機(jī)控制領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。本文以基于AFE變流器的多電機(jī)系統(tǒng)為對(duì)象，針對(duì)FCSMPC算法進(jìn)行分析與研究，并提出相應(yīng)的控制策略。針對(duì)多電機(jī)系統(tǒng)中FCSMPC算法控制周期短而計(jì)算量大的問題，提出了一種算法的簡(jiǎn)化方法。采用等效變換的方法，將多次預(yù)測(cè)過程轉(zhuǎn)變?yōu)閱未翁摂M參考電壓矢量預(yù)測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了預(yù)測(cè)過程的簡(jiǎn)化；同時(shí)，在價(jià)值函數(shù)尋優(yōu)過程中引入矢量分區(qū)法，通過對(duì)候選矢量的篩選，排除不合適的電壓矢量，減少尋優(yōu)過程的計(jì)算次數(shù)。該方法在保持原

4、有控制性能的基礎(chǔ)上，可大幅減少算法的執(zhí)行時(shí)間，降低多電機(jī)系統(tǒng)對(duì)控制器計(jì)算性能的要求。在AFE變流器中，算法延遲和信號(hào)濾波延遲對(duì)FCSMPC電流控制性能有著負(fù)面影響，針對(duì)單周期算法延遲和非整數(shù)周期算法延遲，設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的延遲補(bǔ)償算法，提出了基于價(jià)值函數(shù)的非整數(shù)周期延遲補(bǔ)償策略；針對(duì)信號(hào)濾波所造成的時(shí)間延遲，引入狀態(tài)觀測(cè)器理論，結(jié)合AFE變流器以及信號(hào)濾波器的數(shù)學(xué)模型，提出了一種濾波延遲觀測(cè)器，實(shí)現(xiàn)信號(hào)濾波延遲的觀測(cè)與補(bǔ)償。該方法能夠在不改變

5、硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提高多電機(jī)系統(tǒng)中FCSMPC算法在AFE變流器上的控制效果。針對(duì)FCSMPC控制策略對(duì)多電機(jī)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的依賴度較高的問題，結(jié)合擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器理論和自適應(yīng)濾波理論，提出了一種能夠?qū)Χ鄠€(gè)變量進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)的混合并行觀測(cè)策略。將混合并行觀測(cè)器與FCSMPC相結(jié)合，并對(duì)電流預(yù)測(cè)模型進(jìn)行重新構(gòu)造。在網(wǎng)側(cè)AFE變流器中，實(shí)現(xiàn)了電阻、電感參數(shù)不確定情況下的AFE變流器無電網(wǎng)電壓傳感器控制；在多電機(jī)側(cè)變流器中，實(shí)現(xiàn)了反電動(dòng)勢(shì)、定子電阻