基于有源前端變流器的多電機系統(tǒng)有限狀態(tài)模型預測控制.pdf

1、基于有源前端變流器的多電機系統(tǒng)基于有源前端變流器的多電機系統(tǒng)有限狀態(tài)模型預測控制有限狀態(tài)模型預測控制FiniteControlSetModelPredictiveControlofActiveFrontEndConverterBasedMultimotSystem（申請工學博士學位）一級學科：電氣工程學科專業(yè)：電機與電器研究生：劉濤指導教師：夏長亮教授天津大學電氣與自動化工程學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，并將成為未來市場上的主流產(chǎn)品。在多電機系統(tǒng)中，網(wǎng)側(cè)與電機側(cè)的變流器具有不同的控制目標和控制算法，這將增加系統(tǒng)設計的復雜度。而目前，有限狀態(tài)模型預測控制（FiniteControlSetModelPredictiveControl，F(xiàn)CSMPC）在AFE變流器以及電機驅(qū)動器中均得到了廣泛的研究，此算法利用對象數(shù)學模型預測未來狀態(tài)，通過價值函數(shù)實現(xiàn)多變量優(yōu)化控制，在

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

4、有控制性能的基礎上，可大幅減少算法的執(zhí)行時間，降低多電機系統(tǒng)對控制器計算性能的要求。在AFE變流器中，算法延遲和信號濾波延遲對FCSMPC電流控制性能有著負面影響，針對單周期算法延遲和非整數(shù)周期算法延遲，設計了對應的延遲補償算法，提出了基于價值函數(shù)的非整數(shù)周期延遲補償策略；針對信號濾波所造成的時間延遲，引入狀態(tài)觀測器理論，結(jié)合AFE變流器以及信號濾波器的數(shù)學模型，提出了一種濾波延遲觀測器，實現(xiàn)信號濾波延遲的觀測與補償。該方法能夠在不改變

5、硬件結(jié)構(gòu)的基礎上，提高多電機系統(tǒng)中FCSMPC算法在AFE變流器上的控制效果。針對FCSMPC控制策略對多電機系統(tǒng)數(shù)學模型的依賴度較高的問題，結(jié)合擴張狀態(tài)觀測器理論和自適應濾波理論，提出了一種能夠?qū)Χ鄠€變量進行實時觀測的混合并行觀測策略。將混合并行觀測器與FCSMPC相結(jié)合，并對電流預測模型進行重新構(gòu)造。在網(wǎng)側(cè)AFE變流器中，實現(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；在多電機側(cè)變流器中，實現(xiàn)了反電動勢、定子電阻