異步電機(jī)模型預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)矩控制MPTC中的一拍延遲補(bǔ)償介紹

一、異步電機(jī)模型預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)矩控制MPTC

圖1-1?異步電機(jī)模型預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)矩控制MPTC控制框圖

由圖（1-1） 可以看出，MPTC控制策略主要由有限控制集、預(yù)測(cè)模型、定子磁鏈觀測(cè)器和價(jià)值函數(shù)組成。

其中，有限控制集是包含所有的備選開關(guān)狀態(tài)的集合，兩電平逆變器的有限控制集包含8種開關(guān)狀態(tài)。

定子磁鏈觀測(cè)器利用三相電流、電壓的采樣值和電機(jī)模型計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻的定子磁鏈?zhǔn)噶恐岛臀恢?，進(jìn)而預(yù)測(cè)下一時(shí)刻定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩。

將預(yù)測(cè)值給到價(jià)值函數(shù)進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化尋優(yōu)得到最優(yōu)的電壓矢量，把對(duì)應(yīng)的開關(guān)序列給到逆變器完成控制。

二、一拍延遲補(bǔ)償



圖（a）

如圖（a）所示：在理想的情況下（忽略采樣時(shí)間、計(jì)算時(shí)間），在k時(shí)刻與（k+1）時(shí)刻之間輸出最優(yōu)的開關(guān)狀態(tài)Sopt，使得（k+1）時(shí)刻的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩和磁鏈與給定值誤差最小，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁鏈的跟蹤控制。

圖（b）

然而，相對(duì)于采樣周期而言，實(shí)際工程中的采樣和計(jì)算所消耗的時(shí)間往往不能忽略，如圖（b）所示。采樣和計(jì)算所消耗的時(shí)間使得根據(jù)k時(shí)刻的采樣值進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算并輸出最優(yōu)開關(guān)矢量Sopt時(shí)，并不能使（k+1）時(shí)刻的實(shí)際值與給定值之間的誤差最小，造成轉(zhuǎn)矩紋波偏大的問題。

顯而易見，這種“先計(jì)算后輸出”的方式不可避免地會(huì)造成實(shí)際的控制輸出時(shí)刻發(fā)生延遲。為了消除延遲，采用一拍延遲補(bǔ)償?shù)姆椒ǎㄏ容敵鲈儆?jì)算）的方式，對(duì)被控變量進(jìn)行兩步預(yù)測(cè)計(jì)算，如圖（c）所示。



圖（c）

兩步預(yù)測(cè)計(jì)算的基本控制過程為：（1）輸出在上一個(gè)采樣周期中所計(jì)算存儲(chǔ)的最優(yōu)開關(guān)狀態(tài)Sopt；（2）k時(shí)刻采樣被控變量x（k）；（3）結(jié)合和x（k），利用預(yù)測(cè)模型計(jì)算出（k+1）時(shí)刻的被控變量預(yù)測(cè)值x（k+1）；（4）根據(jù)被控變量預(yù)測(cè)值x（k+1）以及預(yù)測(cè)模型，進(jìn)一步計(jì)算出（k+2）時(shí)刻的被控量x（k+2）預(yù)測(cè)值；（5）然后將被控量x（k+2）的值代入到代價(jià)函數(shù)中進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化計(jì)算出使代價(jià)函數(shù)值最小的基本開關(guān)狀態(tài)Sopt，即最優(yōu)開關(guān)狀態(tài)，存儲(chǔ)最優(yōu)開關(guān)狀態(tài)等到下一個(gè)采樣周期開始時(shí)刻輸出。

三、仿真驗(yàn)證



圖3-1?異步電機(jī)模型預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)矩控制MPTC仿真系統(tǒng)



（a）無一拍延遲補(bǔ)償



（b）有一拍延遲補(bǔ)償



（c）系統(tǒng)整體仿真

圖3-2 仿真波形變化的情況

從圖（3-2）可以看出，加入一拍延遲補(bǔ)償后的轉(zhuǎn)矩紋波顯著減小，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能得到明顯改善。

審核編輯：劉清